新型策划药甲卡西酮的法医毒理学研究现状

邓燕飞，刘 良，杨智曦，梁 曼

（1.华中科技大学同济医学院法医学系，湖北 武汉 430030；2.重庆市人口和计划生育科学技术研究院国家卫生计生委出生缺陷与生殖健康重点实验室 重庆市正鼎司法鉴定所，重庆 400020）

甲卡西酮[1]（methcathinone，结构式见图1）是一种新型中枢神经兴奋剂，于1928年首次合成，次年SAEMDE BURNAGA SANCHEZ以toluyl-alpha-monomethy laminoethy lcetone的名称首次介绍了甲卡西酮及合成过程，最初被用作抗抑郁药，但因严重的不良反应逐渐被临床弃用[2]。后发现甲卡西酮与海洛因、可卡因、甲基苯丙胺（methamphetamine，MA）等传统毒品，新型毒品具有相似的结构或作用，能产生欣快、情绪高涨等作用，在全世界范围内被广泛滥用，尤其流行于年轻人群体。甲卡西酮作为策划药具有效用高、易于制作、价格低廉等特点，滥用致死案例越来越多[3]，引起国内外高度关注，成为当今世界危害最大的精神活性物质之一。2005年，国家食品药品监督管理总局、公安部、卫生部联合发布公告，将其作为第一类精神药品进行管制。截至2010年5月，欧盟有22个成员国报告甲卡西酮滥用的案例，各国相继出台法律法规对其进行管制[4]。

图1 甲卡西酮结构式

甲卡西酮的前体物质是卡西酮，卡西酮是从天然植物恰特草（Khat）中提取的主要活性物质，因通过咀嚼新鲜叶子获得兴奋性和刺激性[5]而被发掘。甲卡西酮存在左旋、右旋两种对映体，左旋甲卡西酮药效较右旋甲卡西酮强[6]。由于β-酮基的作用，甲卡西酮化学性质较卡西酮稳定，亲脂性较苯丙胺类物质（如甲基苯丙胺）强，易通过血脑屏障作用于神经系统，引起中枢神经兴奋。滥用者多采用口服、鼻吸及静脉注射等方式[7]：鼻吸给药后10～20min起效，持续时长1～2h；口服15～45 min后起效，持续时长2～4 h；而静脉注射10～15min后即可达到药物效用峰值，持续时长最短，仅30min。滥用剂量为1mg～1000g，进入人体后迅速分布于各器官。甲卡西酮的半数有效量（50%effect dose，ED50）为0.37（0.22～0.61）mg/kg，主要代谢途径是N-去甲基化及β-酮氧化[8]。BUSARDÒ等[9]对10个活体及10个尸体血液样本中甲卡西酮稳定性进行分析，发现冷冻条件下加入防腐剂有利于维持血液样品中甲卡西酮含量的稳定。

1 甲卡西酮毒理作用

甲卡西酮主要作用于中枢神经系统的大脑皮质、纹状体及海马区，可同时刺激中枢神经系统和外周神经系统神经末梢释放单胺类神经递质如多巴胺（dopamine，DA）、5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），产生兴奋作用[10]。研究结果[11]表明，甲卡西酮可能通过三个途径刺激单胺类神经递质的释放：（1）甲卡西酮通过识别单胺类神经递质转运体受体与单胺类物质竞争性结合转运体，从而抑制神经递质再摄取，使突触间隙的神经递质浓度升高，相应引起单胺类神经功能改变；甲卡西酮对各神经递质的作用程度及部位不同，对神经递质5-HT的作用主要集中作用于海马及前皮质部位，而对神经递质DA的作用主要作用于纹状体。（2）甲卡西酮还能作为一种体内神经刺激因子，直接刺激神经元释放单胺类神经递质，有助于神经递质浓度升高。（3）甲卡西酮对多巴胺类神经元胞体产生毒性，间接影响多巴胺类神经递质的释放[12]。也有研究[13]发现，高剂量注射甲卡西酮后降低了5-HT合成的限速酶色氨酸羟化酶及DA合成的限速酶酪氨酸羟化酶的活性，影响神经递质的合成。

2 甲卡西酮中毒症状

甲卡西酮初次或小剂量使用能产生欣快感、精力增加、性欲提高、记忆力增强、社交能力提高等效果，同甲基苯丙胺类似；大剂量使用则会产生严重的精神症状、肌肉抽搐、心率增加、视力改变、记忆力下降、抑郁、爆发性高热、流涎、惊厥等急性中毒症状，甚至导致死亡。国内外均有此类中毒案例报道[14]。

甲卡西酮长期使用引起慢性中毒的研究较少见。NICHOLSON等[15]报道，一成年男性服用甲卡西酮90d后出现难以忍受的头痛症状，心电图示S-T段抬高，生物化学检查见血清肌钙浓度显著提高，心脏MRI显示外侧心肌节段出现高信号的T2加权序列等一系列符合心肌炎症的改变，提示长期食用甲卡西酮会对心肌产生明显的毒性。徐鹏等[16]通过对大鼠染毒卡西酮类衍生物4-甲基乙卡西酮（4-methylecathinone，4-MEC）进行水迷宫实验发现，4-MEC的慢性使用降低了大鼠的认知功能，使其空间位置记忆能力显著降低，甲卡西酮与4-MEC结构相似，其慢性毒性作用实验结果对甲卡西酮的研究具有参考作用。临床上，常用中等剂量的苯二氮（benzodiazepines）及物理降温等对甲卡西酮中毒后的心动过速和高温等症状进行对症治疗，故进行法医学鉴定时应对治疗目的或联合滥用加以鉴别。

值得注意的是，近20年国外相继报道了大量因食用甲卡西酮致帕金森症状的案例[17]。如de BIE等[18]报道一名36岁男性，服用甲卡西酮1年左右，初期出现性欲增加、嗜睡、运动功能减退等症状，且呈进行性加重趋势，后期逐渐出现阵发性肌痉挛、姿势不稳定、步态障碍等典型的帕金森症状。有资料[19]表明，甲卡西酮可通过原材料伪麻黄碱在大剂量氧化剂高锰酸钾作用下制成，合成甲卡西酮往往含有大量锰离子，滥用后易造成体内蓄积；锰作为一种神经毒物，可通过血脑屏障作用于神经系统导致退行性病变，因此甲卡西酮长期滥用者体内聚集大量锰离子可导致严重的帕金森症状，对心血管也具有高毒性。SIKK等[20]通过对俄罗斯及东欧国家38名甲卡西酮滥用者的随访，发现其头发、血浆及尿液中的金属锰离子浓度显著高于正常值且伴有帕金森症状。法医学鉴定可充分利用锰离子水平在样品中的稳定性这一特质，当血液样本遭到污染或缺失时，对滥用者尿液中的锰含量进行检测来判断是否存在甲卡西酮长期滥用。此外，研究者[21]通过对18名长期滥用甲卡西酮者随访，证实长期滥用甲卡西酮会导致永久运动障碍，中途停药却不会引起血中锰浓度下降，因此血锰含量或更适于作为甲卡西酮滥用的辅助证据。

3 甲卡西酮中毒机制

3.1 甲卡西酮毒性机制与氧化应激相关性

实验结果[22]表明，甲卡西酮通过转运体进入神经元及神经末梢，除胞外及突触间隙的DA和5-HT等单胺类神经递质含量显著升高以发挥其毒理作用外，还通过单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）作用产生一系列活性氧类（reactive oxygen species，ROS），引起超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathinone peroxidase，GPx）、神经型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase，nNOS）及脂质过氧化水平升高等改变。有实验结果[23]证实，氧化活性产物具有细胞毒性，表现为升高的NOS产生NO致细胞损伤；氧自由基与NO形成硝基化产物，对生物分子进行硝基化，破坏蛋白质、核酸等细胞结构物质的正常功能，导致细胞死亡；产生的羟自由基及氧化剂与磷脂结合，破坏细胞膜及细胞核和线粒体等细胞结构，从而影响细胞活力，最终损害细胞。但也有研究[13]发现，甲卡西酮的摄入不会导致神经元和神经末梢DA及5-HT的升高以及氧化应激反应，故甲卡西酮的具体氧化应激机制仍需深入研究。

相较于其他滥用物质，甲卡西酮的毒性作用机制尚不明确。由于甲卡西酮与MA具有相似的结构及毒性作用，两者是否具有相似的作用机制有待证实。YOUNG等[24]研究发现，以0.4 mg/kg氨基酸受体拮抗剂氟哌啶醇预处理大鼠，再以0.5mg/kg剂量注射甲卡西酮，其心动过速、体温升高、心血管收缩等症状可得到显著改善，不易惊厥、死亡，证明氨基酸受体拮抗剂能降低甲卡西酮的神经毒性。MA的研究已趋成熟，主要机制是通过氧化应激发挥其神经毒性，而ROCKHOLD等[25]研究发现，氨基酸受体拮抗剂能降低其神经毒性，相同的毒性抑制剂提示甲卡西酮与MA可能具有相似的毒性作用机制，如氧化应激。

SAFHI等[26]通过甲卡西酮前体物质卡西酮染毒雄性大鼠实验发现，大鼠边缘系统的脂质过氧化状态与抗氧化酶GPx、谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR）、过氧化氢酶、谷胱甘肽（glutathione，GSH）活性水平改变具有统计学意义，即对大鼠脑组织产生氧化应激损伤，而卡西酮作为甲卡西酮去甲基化的前体物质，进一步提示了甲卡西酮神经毒性机制与氧化应激的相关性。

3.2 甲卡西酮毒性机制与高温相关性

高温是甲卡西酮中毒的典型症状之一，滥用者体温可高达42℃甚至致死。研究[14]分析认为，甲卡西酮主要通过促进DA的释放增加交感神经兴奋性、影响体温调节中枢、诱导肌肉运动增强等作用使机体体温升高。MILLER等[27]经实验发现，注射甲卡西酮的大鼠其运动刺激性增强，机体内环境温度升高，且神经末梢及神经元DA及血清素浓度也相应显著升高。VALENTE等[28]体外肝细胞培养实验发现，常温下甲卡西酮类似物使肝细胞的生存能力下降，ROS生成增加，线粒体功能障碍，而在高温状态下，上述细胞毒性显著增加。分析认为机体高温可提高氧化应激相关酶如MAO等的活性，且高温也是一种亲氧化状态，使细胞更易于发生氧化反应，从而提高氧化应激效率，产生更多活性氧物质，另外高温还会刺激单胺类物质的释放，促进凋亡相关通路，致凋亡增加。因此，体温调节失衡可能是甲卡西酮神经毒性机制的作用途径之一。

4 成瘾机制

甲卡西酮的成瘾性及滥用性已得到证实。BONANO等[29]研究发现，甲卡西酮及其类似物对大鼠颅内自我刺激调节（intracranial self-stimulation，ICSS）产生易化作用，且具有药物剂量及时间依赖特点。ICSS是最常用于评估滥用潜能的行为程序，主要通过将电极定位到颅内前部进行频率信号接收来反映颅脑刺激，以评估该药物的成瘾性。BONANO的实验结果显示，甲卡西酮诱导大鼠脑部的刺激信号频率显著增加，即甲卡西酮具有潜在的成瘾性。

近年来，少有对甲卡西酮成瘾机制的研究，仅临床资料[30]显示，甲卡西酮具有明显的剂量依赖关系及戒断症状。研究结果[31]证明，药物的成瘾性与奖赏效应相关，即一种正性强化效应。中枢神经系统内存在着奖赏系统，包括弓状核、杏仁核、蓝斑、中脑导水管周围灰质、腹侧被盖区、伏隔核等脑区，外延有海马、额叶皮质等与情绪、学习和记忆密切相关的结构。目前普遍认为，各种因素（如药物）刺激脑内奖赏系统，引起伏隔核内DA释放量增多，从而产生奖赏效应[32]。已有研究结果[33]显示，甲卡西酮通过多种途径引起中枢神经系统内神经元细胞外DA等神经递质的释放，参与了奖赏效应的形成。如：HADLOCK等[34]对大鼠多次重复给予甲卡西酮药物后，大脑内DA的含量升高具有统计学意义；LOPEZ-ARNAU等[22]发现，摄入甲卡西酮的小鼠，其纹状体、伏隔核等奖赏系统DA2受体密度发生显著改变；也有研究[35]观察到大脑5-HT密度发生相应变化；大鼠食用甲卡西酮后，体质量减轻，额叶皮质DA转运体较对照组显著减少。研究[30]表明，卡西酮类药物均使大鼠形成自身给药行为、强化运动行为及位置性偏爱行为；给慢性卡西酮类中毒患者DA受体抑制剂，有效降低了其产生的强化作用及早期戒断症状。值得注意的是，GERMAN等[36]对大鼠间隔性甲卡西酮给药后，发现大鼠背侧纹状体及苍白球内的强啡肽含量升高。已有资料[37]表明，强啡肽是种内源性阿片肽物质及κ受体激动剂，高度集中于多巴胺能中枢神经系统内，具有抑制基底节和边缘系统细胞外DA的摄取以及诱导DA的释放，从而导致DA含量升高的作用。

5 甲卡西酮的分析检测

目前，国内就甲卡西酮的研究主要集中于原药的分析和鉴定中，甲卡西酮的分析检测一直是国内研究的重点，也是法医毒理学的重要内容，同国外检测方法类似，一般采用色谱分离和气质联用法。常颖等[38]建立了高效液相色谱法对甲卡西酮进行定性定量分析，流动相为三氟乙酸、乙腈混合物，检测波长254nm的条件下，甲卡西酮的质量浓度在0.5～1000μg/mL范围内与色谱峰面积呈良好的线性关系，检出限达0.063 μg/mL。钱振华等[39]同样用上述方法对三种卡西酮类物质同时进行检测，对于疑似违禁品中含有多种卡西酮类的样品进行分析检验具有重要法医学意义。张红波等[40]用气相色谱-质谱联用法成功检出了实际案件样品中的甲卡西酮，样本回收率为98.7%，检测限达0.014 μg/mL，且一直作为法医案件中检测手段的首选。考虑到样品在气质仪中的热降解，GLICKSBERG等[41]采用四级杆液相色谱-飞行时间质谱仪对血液、尿液中22种卡西酮类物质进行检验分析，减少了样本的损耗。PERERA等[42]利用手性液相色谱-串联质谱法检测甲卡西酮及其类似物。JANKOVICS等[43]用反相色谱柱法成功分离出了混合粉末样品中的6个甲卡西酮类似物，并用质谱仪进行了分析，检测限达2 ng/mL。也有文献[44]报道了红外光谱、紫外光谱、毛细血管电泳等方法分析甲卡西酮。在实际案件检测中，对甲卡西酮样品的提取同样也是检测的重要环节。代勇等[45]采用顶空固相微萃取方法对尿液中的甲卡西酮进行提取，用乙烯二醇-二乙烯基苯共聚物萃取头顶空萃取20min，并运用气相色谱-质谱仪进行含量检测。此后，在上述方法基础上，采用新的液相小体积法进行提取，用高效液相色谱法进行含量检测，是微量及痕量检材中快捷而又简便的提取方法[46]。赵永根等[47]采用ProElut PLS固相萃取柱萃取尿样中的甲卡西酮，用气质联用法检测，并应用于实际案件。此外，李文海等[48]采用快速溶剂萃取仪对血液中的甲卡西酮进行提取。

6 甲卡西酮的法医毒理学研究展望

近年来，甲卡西酮在国内的流行呈上升趋势，信息时代网络销售便捷，加剧了策划药甲卡西酮管制的难度。目前多通过气相或液相色谱、质谱法进行甲卡西酮样品检测，尚无相关检测试纸等快速检测方法。面对甲卡西酮滥用所致危害日益加剧的形势，甲卡西酮相关研究已受到密切关注。综上，国内外对甲卡西酮的研究大多停留在检测分析、毒理学及药理学作用等方面，而其相关的法医毒理学研究较少。甲卡西酮导致的死亡与神经损伤结果具有相关性，深入研究甲卡西酮对神经系统的毒性作用，尤其是甲卡西酮急慢性中毒发生的神经损伤机制，将有利于完善其法医毒理学研究，为相应管制政策和法规制定提供参考，同时也给法医工作者对相关案件的处理带来指导作用。