Identification of Metabolites of Valproic Acid in Serum of Humans, Dog, Rat, and Mouse

SUMMARY In kinetic studies of VPA in humans, dogs, rats, and mice, as well as in clinical routine analysis of serum concentrations of VPA in epileptic patients, 2–4 peaks (depending on the species examined) were regularly found in the gas chromatograms in addition to VPA. Comparison with control serum indicated that these peaks resulted from metabolism of VPA. By GC‐MS, two of these metabolites could be identified as 5‐hydroxy‐2‐propyl‐pentanoic acid (5‐OH‐VPA) and 4‐hydroxy‐2‐propyl‐pentanoic acid (4‐OH‐VPA), using synthesized reference substances. Both metabolites result from to (&>j, w 2 ) oxidation of VPA, 5‐OH‐VPA only occurring in serum of mice, and 4‐OH‐VPA in serum of mice and humans. With the aid of low‐ and high‐resolution mass spectra, likely structures of the two remaining metabolites, both of which were found in serum of all the species examined, were proposed. One of these, 3‐hydroxy‐2‐propyl‐pentanoic acid (3‐OH‐VPA) confirms the involvement of /3‐oxidation in the metabolism of VPA. The fourth metabolite, whose identity is uncertain, indicates a substance not described previously as a metabolite of VPA. RÉSUMÉ Des études cinétiques de l'acide valproique (VPA) (ou acide dipropylacétique, ou encore acide 2‐propyl‐pentanoique) chez l'homme, le chien, le rat, et la souris ainsi que l'analyse routinière des concentrations sériques du VPA en pratique clinique chez des patients épileptiques, ont régulièrement démontré l'existence sur les chromatographies en phase gazeuse de 2 à 4 pics (selon l'espèce examinée) en plus de celui du VPA. L'étude comparative avec du sérum de contrôle montre que ces pics sont liés au métabolisme du VPA. Par la chromatographic en phase gazeuse et la spectrométrie de masse deux de ces métabolites ont pu être identifiés comme étant l'acide 5‐hydroxy‐2‐propyl‐pantanoique (5‐OH‐VPA) et l'acide 4‐hydroxy‐2‐propyl‐pentanoique (4‐OH‐VPA) grâce à l'utilisation de substances synthétiques de référence. Ces deux métabolites résultent de l'oxydation CU (CU 1, CU 2) du VPA, le 5‐OH‐VPA n'apparaissant que dans le sérum des souris et le 4‐OH‐VPA dans le sérum des souris et de l'homme. A l'aide des spectres de masse de faible et de haute résolution, les structures probables des deux autres métabolites, qui sont trouvés dans le sérum de toutes les espèces examinées, ont été proposées. L'un d'eux, l'acide 3‐hydroxy‐2‐propyl‐pentanoique (3‐OH‐VPA) confirme l'implication dune β‐oxydation dans le métabolisme du VPA. Le quatrième métabolite, dont l'identité est encore incertaine, correspond à une substance non encore decrite en tant que métabolite du VPA. RESUMEN Realizando estudios cinéticos de ácido valpróico (VPA) (ácido dipropilacético, ácido 2‐propil‐pentanóico) en humanos, perros, ratas y ratones, además de las determinaciones rutinarias de concentraciones séricas de VPA en enfermos epilépticos, se han hallado de modo persistente en la cromatografía de gases, 2–4 picos (dependiendo de las especies examinadas) además del VPA. Las comparaciones con los sueros control indicaron que estos picos resultan del metabolismo del VPA. Mediante estudios con cromatografía de gases‐espectrometría de masa, se pudieron identificar dos de los metabolitos citados como ácido 5‐hidroxi‐2‐propil‐pentanóico (5‐OH‐VPA) y ácido 4‐hidroxi‐2‐propil‐pentanóico (4‐OH‐VPA), utilizando sustancias sintéticas de referencia. Ambos metabolitos resultan de la oxidación ω (ω 1 , ω 2 ) del VPA y el 5‐OH‐VPA solo se encuentra en el suero del raton mientras que el 4‐OH‐VPA solo se detecta en el suero del ratón y del hombre. Con la ayuda del espectro de masa de baja y alta resolutión se proponen dos estructuras semejantes a los metabolitos restantes que han sido encontradas en el suero de todas las especies estudiadas. Una de estas, el ácido 3‐hidroxi‐2‐propil‐pentanóico (3‐OH‐VPA) confirma la participatión de la β‐oxidación en el metabolismo del VPA. El cuarto metabolito cuya identidad es todavía incierta apunta a una sustancia que no ha sido previamente descrita como metabolito del VPA. ZUSAMMENFASSUNG Sowohl bei Untersuchungen der Pharmakokinetik von Valproinsäure (VPA) (Dipropylessigsäure, 2‐Propylvaleriansäure) bei Mensch, Hund, Ratte und Maus als auch bei klinischen Routineanalysen des Serumspiegels von VPA bei Patienten mit Krampfleiden wurden im Gaschromatogramm zusätzlich zu VPA regelmäßig Peaks von 2–4 weiteren Substanzen (abhängig von der untersuchten Species) beobachtet. Diese Peaks traten nur nach Applikation von VPA auf, so daß angenommen wurde, daß es sich um Metaboliten dieses Antiepileptikums handelte. Mittels Gaschromatographie‐Massenspektrometrie wurden zwei dieser Verbindungen als 5‐Hydroxy‐2‐propylvaleriansäure (5‐OH‐VPA) und 4‐Hydroxy‐2‐propylvaleriansäure (4‐OH‐VPA) unter Verwendung synthetisierter Referenzsubstanzen identifiziert. Die beiden Metaboliten, die durch eine ω (ω 1 , ω 2 )‐Oxidation aus VPA entstehen, wurden nur in Mäuseserum (5‐OH‐VPA) bzw. Serum von Maus und Mensch (4‐OH‐VPA) nachgewiesen. Für die zwei verbleibenden Metaboliten, die im Serum aller Species auftraten, wurden mit Hilfe von Niederund Hochauflösungs‐Massenspektrometrie wahrscheinliche Strukturen abgeleitet. Der so identifizierte Metabolit 3‐Hydroxy‐2‐propylvaleriansäure (3‐OH‐VPA) zeigt, wie von Urinuntersuchungen bekannt, daß VPA auch uber eine β‐Oxidation abgebaut wird. Der 4. Metabolit, dessen Struktur erst unsicher geklärt ist, weist auf eine Verbindung hin, die bisher noch nicht als Metabolit von VPA beschrieben wurde.