近日，中國科學(xué)院成都生物研究所周燕團(tuán)隊(duì)在芬太尼類新精神活性物質(zhì)（Fentanyl Analogues，簡稱FTNs）的整類非靶向篩查方面取得了重要突破。該研究開發(fā)了一種全面的非靶向篩查策略，通過結(jié)合特征性碎片數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)輔助程序，其篩查覆蓋度可達(dá)約1.25×1015種FTNs，顯著提升了對(duì)已知及未知FTNs的檢測(cè)能力。這一成果不僅為我國FTNs的整類監(jiān)管提供了技術(shù)支持，也為全球公共衛(wèi)生安全提供了重要參考。
FTNs因其高效性和易制性，已成為全球?yàn)E用性最嚴(yán)重的合成阿片類藥物之一。這些物質(zhì)對(duì)人體健康和社會(huì)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。為應(yīng)對(duì)不斷變化的FTNs，我國于2019年5月1日實(shí)施了FTNs的整類管制。然而，如何在檢測(cè)和監(jiān)管層面實(shí)現(xiàn)這一政策，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的篩查方法多依賴靶向或有限的非靶向策略，難以滿足整類監(jiān)管的需求。
周燕團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于特征性碎片路線（Characteristic Fragmentation Routes, CFRs）的非靶向篩查策略。
圖1. 本研究工作的流程示意圖
具體實(shí)現(xiàn)如下：
1.數(shù)據(jù)庫構(gòu)建：收集了已知及潛在的FTNs結(jié)構(gòu)，并通過分子生成AI模型MolGPT，預(yù)測(cè)了大量可能的未知結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步擴(kuò)展了數(shù)據(jù)庫的覆蓋范圍，最終獲得了數(shù)十萬種可能的FTNs。通過分析這些FTNS的取代模式和特征碎片路線，構(gòu)建了一個(gè)包含特征碎裂產(chǎn)物（Characteristic Fragmentation Products, CFPs）的數(shù)據(jù)庫。
圖2. FTNs的特征碎裂途徑（characteristic fragmentation routes，CFRs）和特征碎裂產(chǎn)物（characteristic fragmentation products，CFPs），以芬太尼和脫丙酰基芬太尼為例
2.篩查策略：首先通過數(shù)據(jù)庫匹配測(cè)得的特征性碎片，初步篩查潛在的FTNs候選物，此后結(jié)合同位素分布相似性和色譜峰特征，進(jìn)一步驗(yàn)證候選物為FTNs的可能性。同時(shí)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了FTNs_Finder程序，實(shí)現(xiàn)了特征碎片的預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)庫匹配及同位素分布分析的自動(dòng)化，大幅提升了篩查效率。
圖3. 篩查策略流程圖
3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證: 通過以下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該策略的有效性：
假陰性評(píng)估：使用29種已知FTNs的高分辨率質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，全部成功識(shí)別，假陰性率為0%；
假陽性評(píng)估：從MassBank數(shù)據(jù)庫中選取5180種非FTNs的類似化合物數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，假陽性率僅為0.62%；
環(huán)境水樣應(yīng)用：應(yīng)用于環(huán)境水樣中疑似FTNs的檢測(cè)，證明了該策略在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用價(jià)值。
該研究開發(fā)的非靶向篩查策略不僅能夠高效檢測(cè)已知FTNs，還能發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不斷變化的未知FTNs，為我國FTNs的整類管制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。這一策略的成功應(yīng)用，也為其他危險(xiǎn)物質(zhì)的篩查和監(jiān)管提供了重要參考，具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步優(yōu)化篩查方法，擴(kuò)大其在環(huán)境、食品及藥品監(jiān)管等領(lǐng)域的應(yīng)用，為保護(hù)人民健康和社會(huì)安全作出更大貢獻(xiàn)。
上述研究成果以“Development and Application of a Comprehensive Non-targeted Screening Strategy for Fentanyl Analogues”為題發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (IF=12.2)期刊上。中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所和中國科學(xué)院成都生物研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士生陳曉奇、中國科學(xué)院成都生物研究所夏兵青年研究員和成都市食品檢驗(yàn)研究院吳文林為論文第一作者，夏兵青年研究員和周燕研究員為通訊作者。該研究得到了四川省科技計(jì)劃（編號(hào)：2024ZYD0173）和四川省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2022YFS0511）的資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030438942500144X