Sprague–Dawley大鼠体内合成型扩展Viperin通路脱氧二脱氢核苷的代谢与排泄

《Journal of Proteome Research》：Metabolism and Excretion of Synthetic Extended Viperin Pathway Deoxydidehydronucleosides in the Sprague–Dawley Rat

　　

广谱病毒生物标志物为区分病毒与细菌感染提供了可行策略，有助于减少抗生素不合理使用，并在新发传染病暴发期间提升诊断响应效率。其中，脱氧二脱氢核苷（deoxydidehydronucleoside, ddhN）类化合物作为病原体特异性诊断不可及场景下的病毒感染早期检测工具受到关注。为评估该类化合物的临床实用性，研究人员在Sprague–Dawley大鼠模型中考察了4种主要ddhN代谢物——3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷（ddhC）、3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷-5′-羧酸（ddhC-5′CA）、3′-脱氧-3′,4′-二脱氢尿苷（ddhU）和3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷-5′-同型半胱氨酸（ddhC-5′Hcy）——在单次静脉给药后的代谢与排泄特征。通过时间分辨生物采样表征尿液排泄及下游生物转化过程。结果显示，4种代谢物均呈快速尿液清除，半衰期约为3至8小时，符合短暂急性期特征。值得注意的是，ddhC-5′Hcy经历广泛生物转化，结合核磁共振（NMR）波谱与质谱（MS）分析鉴定出多个经功能化修饰和结合反应生成的代谢产物。各处理组在任何时间点均未观察到不良临床体征。上述发现支持进一步推进ddhN系列化合物作为活动性病毒感染标志物的临床研究，特别是在需要快速区分感染病因的重症监护环境中具有重要应用潜力。

该研究发表于《Journal of Proteome Research》，围绕合成型扩展Viperin通路脱氧二脱氢核苷（ddhN）在大鼠体内的代谢与排泄规律展开系统探讨。研究背景在于，人类Viperin蛋白（病毒抑制蛋白，内质网相关，干扰素诱导型，又称RSAD2）可催化胞苷三磷酸（CTP）转化为3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷三磷酸（ddhCTP），后者作为链终止剂选择性掺入黄病毒RNA，抑制病毒复制。近期研究在人类SARS-CoV-2感染者尿液中检测到ddhC及其衍生代谢物，能够区分病毒感染与细菌感染，显示出作为广谱病毒生物标志物的潜力。然而，其药代动力学特征、排泄速率及代谢稳定性尚不明确，限制了临床转化。为此，研究人员在健康Sprague–Dawley大鼠中开展单次静脉给药实验，系统解析四种核心ddhN代谢物的排泄动力学与代谢转化路径，验证其安全性与转化可行性。

关键技术方法包括：使用18只8周龄雄性Sprague–Dawley大鼠，分为对照组、溶媒组及四个给药组（ddhC、ddhC-5′CA、ddhU、ddhC-5′Hcy），单次尾静脉注射10 mg/kg剂量；于给药后0–3小时、3–8小时、8–24小时及24–48小时收集尿液，48小时后采集脑、肝、肾、肺组织；采用600 MHz与800 MHz核磁共振（NMR）波谱（包括一维¹H NMR、¹H–¹H COSY、TOCSY、NOESY及¹H–¹³C HSQC、HMBC）结合液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LC-QToF-MS）进行代谢物鉴定与定量；通过多维NMR与串联质谱碎片模式解析ddhC-5′Hcy的代谢产物结构。

ddhN衍生物在尿液中快速排泄

定量结果显示，ddhC、ddhC-5′CA与ddhU三种代谢物在给药后8小时内约90%以原型经尿液排出，脑组织及外周器官中未检测到蓄积，表明其具备快速肾脏清除特性，符合急性期生物标志物的动态特征。ddhC-5′Hcy则主要以N-乙酰化代谢物形式排泄。

ddhC-5′Hcy经历一系列复杂生物转化

NMR与LC-QToF-MS分析揭示ddhC-5′Hcy在体内生成至少10种代谢产物。主要产物为3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷-5′-N-乙酰同型半胱氨酸（ddhC-5′Hcy-N-Ac），其分子式确认为C₁₅H₂₀N₄O₆S。其余代谢物包括ddhC-5′S-α-酮丁酸酯（C₁₃H₁₅N₃O₆S）、ddhC-5′S-丙酸酯（C₁₂H₁₅N₃O₅S）、ddhC-5′S-α-羟基丁酸酯、双（ddhC-5′S）及3′-脱氧-3′,4′-二脱氢胞苷-5′-硫基-N-乙酰半胱氨酸（ddhC-5′SNac）。研究人员据此构建了代谢通路：ddhC-5′Hcy经N-酰基转移酶催化生成N-乙酰化产物；经转氨基作用生成α-酮丁酸酯，再经氧化脱羧生成丙酸酯或经还原生成羟基丁酸酯；此外，C-1″位氧化释放游离硫醇中间体，可氧化同源二聚化或与N-乙酰半胱氨酸结合。研究过程中未观察到任何毒性反应。

讨论部分指出，本研究通过外源性给药模拟生理浓度上限，虽未完全复现病毒感染时干扰素诱导的内源性生成过程，但明确了ddhN的快速排泄特征与代谢稳定性。研究局限性包括未进行血浆药代动力学参数测定，以及单一剂量设计未涵盖病理状态。未来需进一步开展系统性药代动力学研究。

研究结论表明，ddhN核苷衍生物在Sprague–Dawley大鼠体内表现出快速尿液排泄与良好代谢稳定性，符合活动性感染的急性期标志物特征。ddhC-5′Hcy的广泛生物转化为理解其下游代谢通路提供了依据。无不良效应与有利的动力学性质支持该类化合物向临床转化，用于病原体非依赖性的病毒感染检测，尤其适用于重症监护等高 acuity 场景。