データマイニング技術と多変量統計解析に基づいた尿中の特徴的なヘロイン代謝物の同定と、ヘロイン乱用者を識別するための標的検証アプローチを組み合わせています

Identification of characteristic heroin metabolites in urine based on data-mining technology and multivariate statistics analysis combined with a targeted verification approach for distinguishing heroin abusers.

• Shi Qiao
• Haishan Xu
• Wenfang Zhang
• Wei Yang
• Danming Guo
• Wei Wang
• Weizhe Xu
• Yongsuo Liu
• Guoru Liu
• Yujing Cui
• Hongyan Yu
• Qingyan Li

抄録

一般的な現象として、アヘンケシ殻を含む薬物を摂取すると、強制的または職場でのヘロイン乱用スクリーニングのための尿検査の結果が「偽陽性」になることがあることが示されている。ヘロインの特徴的な代謝物である6-モノアセチルモルフィン（6-MAM）の検出時間が短い（尿中8時間）ため、ヘロイン乱用者の確認や除外は、毒物学者にとって大きな課題となっている。本研究では、ヘロイン乱用者の特徴的な尿中代謝物を評価するために、オンラインデータ収集と複数のポストデータマイニング技術を組み合わせた超高性能液体クロマトグラフィー-飛行時間型質量分析法（UPLC-TOF-MS）と多変量統計解析およびバッチバリデーション分析のワークフローを開発しました。提案した方法に基づき、28 種類の特徴的な代謝物を構造的に同定し、その断片化パターンと代謝経路をまとめました。また、同定された代謝物の内部関係や類似性を調べるために相関分析を行い、代表的な7種類の代謝物を「標的代謝物」として選定しました。ヘロイン乱用者のマルチバッチ尿をUPLC-MS/MS法に基づいて認証し、本法をルーチン分析に用いることの実用性をさらに検証しました。全体として、標的代謝物は、職場や強制的な薬物スクリーニングにおける補助的な「バイオマーカー」として利用することができます。このアプローチは、「偽陽性」同定システムの開発に関するさらなる研究を奨励するものである。

A common phenomenon shows that ingestion of opium poppy shell-containing drugs can result in a "false-positive" urinalysis test result for mandatory or workplace heroin abuse screening. Owing to the short detection window (8 h in urine) of the characteristic heroin metabolite 6-monoacetylmorphine (6-MAM) confirmation or exclusion of heroin abusers still presents major challenges for toxicologists. In this work, we developed an ultra-performance liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry method (UPLC-TOF-MS) with online data acquisition and multiple post-data-mining technologies combined with a multivariate statistical and batch validation analysis workflow to assess the characteristic urine metabolites of heroin abusers. Based on the proposed methods, 28 characteristic metabolites were structurally identified, and their fragmentation patterns and metabolite pathways were also summarized. Correlation analysis was used to investigate the internal relationship and similarities among the identified metabolites, and seven representative metabolites were selected as "Target-metabolites". Multi-batch urine of samples of heroin abusers were certified based on the UPLC-MS/MS method for further validation of the practicability of using this method for routine analysis. Overall, the target-metabolites can be utilized as assistant "biomarkers" in workplace or mandatory drug screenings. This approach encourages further studies on the development of the "false-positive" identification system.

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