质谱技术在临床药物体内定量分析中的应用2026

质谱技术在临床药物体内定量分析中的应用2026精准医疗是指通过对患者进行精准评估，选择并实施最适宜的诊疗方案，从而实现医源性损害最小化、医疗耗费最低化以及病患获益最大化的医疗模式。治疗药物监测（therapeuticdrugmonitoring,TDM）是精准医疗中的一个关键环节，在部分药物的疗效评估中起到至关重要的作用，可以及时对药物治疗方案进行调整或修正，从而使治疗药物的血浓度维持在理想范围内。如以伊马替尼和甲氨蝶呤为代表的药物，它们的治疗窗狭窄，需通过血药浓度监测动态调整解救方案。临床上TDM通常用于监测不可预测的剂量-暴露关系、治疗窗较窄药物的血药浓度和药效学个体间变异性（inter-individualvariability,IIV），以及用于计算非线性药动学（pharmacokinetics,PK）参数等。为满足TDM及临床药物分析的其他需求，临床药物定量分析技术需要具备较高的稳定性、特异性和多种药物/代谢物同步监测的快捷性等特点。其中，质谱技术是临床药物分析技术中的佼佼者，已被广泛应用于临床，近年来也得到了飞速发展。现对新型质谱技术及其在TDM中的应用进展进行综述，旨在为推动个体化药物治疗与精准医疗的实践提供技术支持。1质谱技术在TDM应用的优势在质谱技术用于体内药物分析之前，TDM主要依赖高效液相色谱、酶联免疫、毛细管电泳和荧光分光光度法等传统技术，但这些技术易受基质或交叉反应干扰。1988年，美国食品药品监督管理局（FoodandDrugAdministration,FDA）发布的强制性指南明确要求TDM必须使用质谱技术对结果进行确认，常规质谱技术如三重四极杆质谱（triplequadrupolemassspectrometer,QQQ-MS），凭借其较高特异性和较高灵敏度的特点，逐渐成为TDM的核心工具，在监测药物暴露量、优化个体化给药方案方面发挥了重要作用。如在抗肿瘤药物（伊马替尼、甲氨蝶呤等）的稳态谷浓度监测，以及个体差异大、药动学复杂的抗真菌药物血药浓度精准测定中，质谱技术均提供了重要依据。相较于传统技术，新型质谱技术的核心优势主要体现在以下3个方面：①超高灵敏度与宽线性范围。新型质谱技术通过离子源优化与检测器升级，显著提升了痕量物质的检测能力。如飞行时间质谱（time-of-flightmassspectrometer,TOF-MS)和电感耦合等离子体质谱（inductivelycoupledplasmamassspectrometer,ICP-MS）技术均能对低于1pg·mL-1的浓度进行定量测定。②多维分离与结构解析能力。轨道阱质谱（orbitrapmassspectrometer,OrbitrapMS）技术通过精确测定质量数，可同步解析药物代谢网络，并鉴别与定量药物的代谢产物，为个体化剂量调整提供新靶标。③实时药物分析能力。直接实时分析质谱（directanalysisinreal-timemassspectrometer,DART-MS）与探针电喷雾电离源质谱（probeelectrosprayionizationmassspectrometer,pESI-MS）技术，突破了传统技术依赖色谱分离的限制，实现了对多种药物的快速检测。值得一提的是，最新开发的微探针电喷雾电离源质谱（micro-probeelectrosprayionizationmassspectrometer，µpESIMS）技术，可将药物前处理和检测的总时长缩短至2min，这种即时检测能力在重症患者紧急用药或治疗窗狭窄的个体化给药场景中尤为重要。此外，基于新型的软电离技术的基质辅助激光解吸电离质谱（matrix-assistedlaserdesorption/ionizationmassspectrometer,MALDI-MS），可有效减少分析物在电离过程中的分裂，更适用于大分子物质和复杂基质的体内分析。2新型质谱技术原理及其在临床药物体内定量分析中的应用2.1TOF-MS2.1.1原理TOF-MS的原理是离子源通过脉冲方式（如激光或高压电场）瞬时电离样品，产生离子群。离子在无场漂移区中因质量不同而产生飞行时间差异，从而实现分离。在TDM方法开发中，大部分TDM方法学的定量下限（lowerlimitofquantification,LLOQ）为0.1～10.0μg·mL-1。传统观点普遍认为TOF-MS的灵敏度虽然低于QQQMS，但分辨率更高，且TOF-MS的灵敏度足以满足实际样品的分析需求。因其超高分辨率与独特的工作原理，TOF-MS可以达到监测分子内源性变异的特殊目的。TOF-MS的方法开发周期通常较短，且所用的样品量也较少，如使用TOF-MS对麦考酚酸（mycophenolicacid,MPA）进行TDM时，只需50μL的样本量即可满足监测需求，而其他使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的方法往往需要100μL甚至更多的样本量。2.1.2应用目前，TOF-MS主要应用于以下几类药物的TDM。①相对分子质量较为接近药物，如选择性免疫抑制剂来氟米特（leflunomide,LEF），该药物为前药，需要在体内转化为特立氟胺（teriflunomide,TEF）才能发挥药效。由于LEF和TEF为同分异构体，因此定量测定时通常需要较高的色谱分辨率，以避免因血浆中残留的LEF而导致TEF含量检测的误差。ROHITH等建立了基于TOF-MS的TDM方法，可同时测定LEF和TEF浓度，并将此方法应用于54例患者的真实血样检测。②含有多种生物活性类似物的药物，如糖肽类抗菌药物（替考拉宁），其含有6种生物活性类似物。MA等使用TOF-MS成功实现了这6种生物活性类似物的单独定量。通过分析它们在药物注射剂和患者体内的分布规律，为后续临床给药方案的优化提供了依据。③生物大分子类药物，如单抗类药物。SONG等使用TOF-MS对卡瑞利珠单抗的定量方法进行了开发，建立了线性范围为4～160μg·mL-1的TDM方法，满足了卡瑞利珠单抗Ⅰ期剂量递增研究达峰浓度的检测需求。MILLS等使用TOF-MS对利妥昔单抗进行定量，通过检测轻链多电荷离子的峰面积建立了定量方法，且与酶联免疫吸附试验（enzymelinkedimmunosorbentassay,ELISA）结果相关性良好。与QQQ-MS技术相比，基于TOF-MS技术的TDM方法不仅免除了特异性多反应监测（multiplereactionmonitoring,MRM）策略的步骤，还可以同时监测内源性轻链变异，解决了QQQ-MS方法难以兼顾的问题。④治疗窗窄或毒性较大的药物，如MPA、氟卡胺和氨基糖苷类药物。见表1。表12020—2025年TOF-MS应用于药物TDM分析的实例2.2Orbitrap-MS2.2.1原理Orbitrap-MS通过静电场捕获离子产生振荡运动，检测振荡产生的镜像电流并经傅里叶变换，以精确解析质荷比（m/z）。作为高分辨质谱（highresolutionmassspectrum,HR-MS）的代表，Orbitrap-MS技术在分辨率、质量精确度及选择性方面均优于常规QQQ-MS技术，它不仅突破常规QQQ-MS技术的定量质荷比上限，也确保了在定量多电荷大分子（如单克隆抗体的轻、重链）时更准确的m/z。2.2.2应用见表2。表22020—2025年Orbitrap-MS应用于药物TDM分析的实例2.2.2.1单克隆抗体的定量检测近年来，结合Orbitrap-MS技术的分析方法在单克隆抗体的定量检测中的应用越来越广泛。MILLET等采用传统的“自下而上式”方法对卡那单抗进行定量检测，结果符合前期临床试验结果。CANIL等建立了“自中而上”方法，在达雷妥尤单抗轻链与重链分离后，使用Orbitrap-MS技术对其完整轻链进行了定量，并将该方法用于患者样品的定量检测，测得患者血浆中轻链浓度为（398±270）μg·mL-1，该结果与既往临床检测结果一致。2.2.2.2抗抑郁药物和抗癫痫药物的定量检测Orbitrap-MS还适用于需同时监测母体药物与代谢产物的小分子TDM，这些药物治疗窗窄、代谢物兼具药效与毒性，如抗抑郁药物和抗癫痫药物。QU等建立了苯巴比妥、苯妥英、卡马西平及其代谢物的定量方法并应用于临床。也有研究针对卡马西平通过Orbitrap-MS建立了定量检测方法，进一步扩宽了Orbitrap-MS的临床药物定量分析的应用。因此，Orbitrap-MS的高分辨率使其在该类药物的TDM中可以代替甚至超过QQQ-MS。2.2.2.3抗菌药物的定量检测Orbitrap-MS在抗菌药物的定量检测领域也有一席之地，如β-内酰胺类抗菌药物在QQQ-MS分析中往往伴随着较强的离子抑制。VANVOOREN等建立了用于检测患者粪便中阿莫西林、哌拉西林、他唑巴坦和美罗培南含量的Orbitrap-MS定量方法，从而评估肠道内抗菌药物残留及耐药性发展风险。2.3ICP-MS2.3.1原理ICP-MS是一种广泛应用于化学分析领域的技术，以其高灵敏度、高精度和多元素同步分析能力而著称。电感耦合等离子体（inductivelycoupledplasma,ICP）可以将气体电离为离子，随后被引入质谱仪进行特定元素（除H、O、F和惰性气体的所有元素）的定性与定量分析。ICPMS的分析特性使其用于金属元素的绝对定量时可达到痕量级别，是金属元素定量的首选方法。2.3.2应用ICP-MS因其高灵敏度被广泛用于铂类抗肿瘤药物的体内检测。CAO等使用ICP-MS对患者体液样本（血清、尿液和腹水）进行顺铂的定量测定，证实了ICP-MS在TDM中的潜在应用。HO等也通过ICP-MS建立了血浆中奥沙利铂的特异性定量方法，线性范围为50～500nmol·L-1，并成功用于癌症化疗患者血浆浓度的测定。该方法可以特异性地识别完整的奥沙利铂分子，并将其与衍生的铂类化合物区分开，从而更好地评估奥沙利铂的临床药动学。2.4MALDI-MS2.4.1原理MALDI是一种基于激光能量与基质协同作用的软电离技术，其将待测样品与基质混合形成共结晶，用紫外或红外脉冲激光照射，基质吸收能量升华并引发样品解吸，通过质子转移或电荷迁移实现电离。电离后的离子在静电场作用下加速进入质谱检测器进行分析。由于MALDI为软电离，且电离过程比同为软电离的大气压化学电离源或电喷雾电离（electrosprayionization,ESI）源更为温和，因此更适用于大分子（蛋白质、多糖等）和复杂基质（血浆、组织等）的分析，有效地减少了分析物在电离过程中的分裂，从而更完整地保留其结构信息。2.4.2应用MALDI由于其独特的电离方式，其在抗人类免疫缺陷病毒（humanimmunodeficiencyvirus,HIV）药物的TDM中具有特殊地位。HIV治疗常伴随高盐、缓冲液等复杂基质，而MALDI源质谱对这类基质的耐受性优于传统ESI源。同时MALDI源质谱无需复杂样品前处理，可直接分析未纯化样本，尤其适合临床样本的快速筛查。已有研究报道采用MALDI-TOF-MS对人血浆中阿巴卡韦、安普那韦等多种抗HIV药物进行定量方法开发。随着干血斑等微量采样技术的出现，基于MALDI离子源的质谱技术在抗HIV药物临床分析中的应用得到进一步拓展，MEESTERS等针对儿童的干血斑样本，成功开发了MALDI-QQQ-MS的定量方法，将洛匹那韦和利托那韦的定量下限均降至0.25μmol·L-1。2.5DART-MS2.5.1原理DART-MS是一种常压敞开式离子化技术，其原理为通过在惰性气体（氦气等）中高压（1～5kV）放电产生含高能电子、激发态原子等的等离子体。等离子体经加热（500～550℃）升温后，通过带偏置电压的格栅电极选择性传输目标离子至样品区域。电离后的离子直接导入质谱仪通过质量分析器分离并检测。2.5.2应用DART-MS已广泛用于多种类型药物的TDM中，如治疗窗狭窄、个体差异大的抗心律失常药物和抗菌药物。GUI等开发了基于DART-MS的5种抗心律失常药物TDM方法，相较于常规的LC-QQQ-MS,DART-MS免除了色谱分离步骤，具有分析通量高、周期短和样本体积小的特点，测得的血药浓度结果与LC-QQQ-MS的结果有较高的相关性。YIN等也采用了DARTMS对利奈唑胺进行TDM，其单样本分析时间仅为24s，而常规LC-QQQ-MS方法则需270s。然而，在实际应用中，由于缺少色谱分离过程，DART-MS不可避免地会存在较强的基质效应。尽管YIN等已通过优化DART离子源的氦气温度和样品加载体积等参数，或使用固相萃取来规避基质效应，但基质效应仍会对定量准确性产生较大的影响。此外，提高样品处理的自动化程度，建立标准化的操作流程，也是DART-MS日后优化的重要方向。DART-MS应用于药物TDM分析的实例见表3。表32019—2025年DART-MS应用于药物TDM分析的实例2.6pESI-MS2.6.1原理pESI-MS是一种创新的常压电离技术，由HIRAOKA团队于2007年首次提出。其核心设计采用直径<1μm的金属探针替代传统毛细管作为电离源，通过探针尖端与样品溶液的直接接触实现高效电离探针表面的微沟槽结构，随后在高压电场作用下形成带电雾滴并蒸发，最终产生气态离子进入质谱仪分析。相较于传统ESI源，pESI源具有显著优势：①非连续进样模式结合微沟槽设计，可精准控制液体体积；②探针表面疏水特性赋予其高盐耐受性，允许直接分析复杂基质的生物样品；③缩短分析周期，提升检测通量。2.6.2应用目前已有研究使用pESI-MS/MS对临床样本中的二甲双胍进行了定量监测，该方法可在约30s内获得准确结果，适用于紧急情况下快速诊断，且结果与液相色谱-二极管阵列检测和LCQQQ-MS方法测定的结果高度一致。XIAO等使用pESI-MS建立了阿立哌唑、卡马西平和奥美拉唑的定量检测方法，其定量下限达到5ng·mL-1水平。然而，该技术在电离过程中不可避免地受到基质效应的干扰。因此，该研究创新性地使用1种多壁碳纳米管（multi-walledcarbonnan