作者：李波,袁伯俊,廖明阳
出版社：人民卫生出版社
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药物毒理学试读：
版权页图书在版编目(CIP)数据
药物毒理学/李波，袁伯俊，廖明阳主编．—北京:人民卫生出版社，2015
ISBN 978-7-117-21019-5
Ⅰ.①药… Ⅱ.①李…②袁…③廖… Ⅲ.①药物学－毒理学 Ⅳ.①R99
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版权所有，侵权必究!药物毒理学
主 编：李波 袁伯俊 廖明阳
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制作单位：人民卫生电子音像出版社有限公司
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制作时间：2018年1月
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标准书号：ISBN 978－7－117－21019－5
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药物毒理学是研究药物可能对生物体造成损害作用及其机制的一门科学，主要是通过体外实验和动物体内实验研究评价药物的安全性。主要目的是描述新药毒性反应的特征，确定不引起毒性反应的剂量水平，确定和评价可能应用于监测临床前毒性反应和(或)临床不良反应的毒性生物标志物，评估临床研究可以应用的安全起始剂量。
1955年美国食品药品管理局( FDA)首次提出药物毒理学研究指南《食品、药品和化妆品中化学物的安全性评价》，1962年美国FDA规定新药在人体试验前必须经过药物毒理学评价，1994年美国FDA提出新药临床前动物实验必须符合GLP标准，同年，欧盟、日本和美国建立了“人用药品注册技术要求国际协调会”机制，同时，发布了一系列药物毒理学研究的技术指导原则。
中国药物毒理学研究起步较晚，从事药物毒理学研究的技术人员和实验室也寥寥无几。为此，老一代药物毒理学家，积极呼吁和推动药物毒理学科的发展，科技部设立“1035”工程、“九五”、“十五”攻关计划和“863”高技术重大专项，支持建立符合GLP标准的国家药物安全性评价中心，使符合GLP标准的药物毒理学研究在20世纪90年代取得了长足进步;并为国内甲氨蝶呤、鱼腥草、欣弗等重大药害病因调查的定性及行政执法提供了重要依据;促进研究机构通过了多个国际认证项目，如日本、美国、欧盟的GLP认证，动物饲养管理的AAALAAC认证，临床病理学的CAP认证;并完成了大量国内外药物的安全性评价项目。药物毒理学科的快速发展和广泛应用为中国2003年实施《药品非临床研究质量管理规范》( GLP)提供了技术储备。
为了总结药物毒理学科20余年的建设经验，以便于本领域科技工作者参考和借鉴，我们组织全国的主要药物毒理学研究技术人员编写了《药物毒理学》一书。全书分为上下两篇，上篇为药物毒理学理论与基础，包括21章，内容有药物毒理学的起源、范畴、发展及挑战，药物毒性作用及机制，影响药物毒性作用的因素，药代动力学与毒代动力学，各种靶器官毒理学如心血管、肝脏、肾脏毒理学等，遗传毒理学，发育与生殖毒理学，肿瘤及形成机制，分子毒理学，替代毒理学，药物毒理统计学。下篇为药物毒理学技术与方法，分为15章，包括一般毒理学研究技术与方法，中药毒理学研究与评价，安全药理学研究与评价，免疫毒性研究与评价，遗传毒性研究与评价，发育与生殖毒性研究与评价，致癌性研究与评价，药物依赖性研究与评价，毒代动力学研究与评价，制剂安全性研究与评价，组织病理学研究与评价，临床病理学研究与评价，实验动物饲养和管理，药物不良反应监测，LIMS系统在毒理研究中的应用。
本书适用于从事药物安全性评价的工作人员，也可作为广大从事药物研发领域的科研工作者、生命科学、医学院校教师、研究生和药品检验人员的参考书。
衷心感谢全国10余所药物安全性评价中心的61位专家奉献的编著及实践经验，衷心感谢人民卫生出版社的大力支持及编辑的辛勤工作，感谢国家重大新药创制项目(编号: 2012IX09302001)资金支持!
本书虽经反复修改和字斟句酌的审核、统稿、定稿过程，由于水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请各位专家和读者批评指正。李波 袁伯俊 廖明阳2015年7月内容简介《药物毒理学》全书内容分上、下两篇，共36章。上篇较详尽地描述了包括药物毒理学的起源、范畴、发展及挑战，药物毒性作用及机制，影响药物毒性作用的因素，药代动力学与毒代动力学，各种靶器官毒理学如心血管、肝脏、肾脏毒理学等，遗传毒理学，发育与生殖毒理学，肿瘤及形成机制，分子毒理学，替代毒理学，药物毒理统计学。下篇比较详细和全面地讨论了近年来药物安全性评价中应用的众多新技术、新方法，包括一般毒理学研究技术与方法，中药毒理学研究与评价，安全药理学研究与评价，免疫毒性研究与评价，遗传毒性研究与评价，发育与生殖毒性研究与评价，致癌性研究与评价，药物依赖性研究与评价，毒代动力学研究与评价，制剂安全性研究与评价，组织病理学研究与评价，临床病理学研究与评价，实验动物饲养和管理，药物不良反应监测，LIMS系统在毒理研究中的应用。突出特点是该书融注了作者亲身参与中国GLP符合性实验室建设的实践经验及体会，详细讨论了符合GLP标准的药物毒理学试验方法及要求;全方位介绍了全新技术和方法进展，如毒理基因组学、毒理蛋白组学、毒理代谢组学、硅上毒理学、毒性作用的生物标志物研究、替代毒理学等。使该书能够恰当反映国内外的理论与技术，突出其先进性和实用性。Table of Contents上篇 药物毒理学理论与基础 第一章 绪论第二章 药物毒性作用及机制第三章 影响药物毒性作用的因素第四章 药代动力学与毒代动力学第五章 心血管毒理学第六章 肝脏毒理学第七章 肾脏毒理学第八章 呼吸系统毒理学第九章 内分泌系统毒理学第十章 血液系统毒理学第十一章 免疫系统毒理学第十二章 神经系统毒理学第十三章 皮肤毒理学第十四章 腔道( 阴道、直肠) 毒理学第十五章 感觉器官毒理学第十六章 遗传毒理学第十七章 发育与生殖毒理学第十八章 肿瘤及形成机制第十九章 分子毒理学第二十章 替代毒理学第二十一章 生物统计学在药物毒理学研究中的应用下篇 药物毒理学技术与方法 第二十二章 一般毒性试验研究技术与方法第二十三章 中药毒理学研究与评价第二十四章 安全药理学研究与评价第二十五 章免疫毒性研究与评价第二十六章 遗传毒性研究与评价第二十七章 发育与生殖毒性研究与评价第二十八章 致癌性研究与评价第二十九章 药物依赖性研究与评价第三十章 毒代动力学研究与评价第三十一章 制剂安全性研究与评价第三十二章 组织病理学研究与评价第三十三章 临床病理学研究与评价第三十四章 实验动物饲养和管理第三十五章 药物不良反应监测第三十六章 LIMS 系统在毒理研究中的应用附录一 骨髓组织病理学检查附录二 常用组织固定液、常用组织染色方法、病理学分级系统附录三 动物自发性病变一览表
上篇 药物毒理学理论与基础第一章 绪论
一般认为早期毒理学是研究毒物与其效应的科学或研究毒物特征和效应的科学，其主要是研究中毒的特征、机制、治疗和检测，特别是对人类中毒的研究或研究外源性化学物质对活生物体的有害作用，强调对毒物( poisons)的研究。毒理学的英文toxicology一词由希腊文toxikon(毒物)与logos(描述)两个词组合演变而来，也可反映上述特点。
进入20世纪以来，随着生物学、化学、数学和物理学等的研究进展，毒理学研究领域被不断拓宽，形成了现代毒理学的新概念。现代毒理学是吸收来自生物化学、生物学、化学、遗传学、数学、医学、药理学、生理学、物理学的知识和技术，以实验医学和治疗学为基础，研究外来物质的有害作用和生物学机制，并应用于安全性评价、风险评价和风险管理的学科。第一节 药物毒理学的起源一、人类早期对毒物与中毒的初步认识
对于毒物和中毒最早的认识，是古人利用动物毒液及植物提取液狩猎、作战和谋杀。而对于药物及中毒最早的记载可以追溯到中华民族的先祖“神农”，他被认为是中国医学、药物学和农业之父。大约在公元前2735年，他编辑了40卷“本草”典籍，该书收载了有毒植物、药用植物( 365种)和药物( 260种)，描述了植物、毒物和解毒剂，包括有毒药物碘、乌头、鸦片、大麻、大黄、明矾、樟脑、铁、硫磺和汞，这是中国对早期药理学和毒理学里程碑式的贡献。大约在公元前1500年，古埃及人书写在草纸上的“Eber文稿”，记载了700多种毒物和药物，它是国外描述毒物和解毒剂的第一本著作。
在公元前最后几个世纪，古印度人Susruta出版了一本医学和外科学教科书，记载了760种药用植物，讨论了毒理学及解毒剂。
大约在公元40—90年，古希腊人Dioscorides将毒物分为植物毒物、动物毒物和矿物毒物，是发现汞毒性的第一人。
大约在1135—1204年，阿拉伯人Mainodides编辑了《毒物及其解毒剂》一书，记载了昆虫、蚊虫和狂犬咬伤的抗毒疗法，以及植物和矿物中毒的催吐和导泻方法。
大约在1250—1316年，意大利人Petrus写的关于中毒的书，将毒物分为植物源性、矿物源性和动物源性毒物，列出了这些毒物中毒的症状和治疗方法。
综述古代药学历史文献，远古时代对药物毒物已经有了深刻的认识，但是，主要关注“植物毒物”、“动物毒物”、“矿物毒物”、“中毒”、“避免中毒及解毒”，以及利用这些毒物狩猎、战争和谋杀。二、现代药物毒理学的起源
大约在16世纪，瑞典人Paracelsus( 1493—1541)，作为文艺复兴时期的化学家、解剖学家、药物化学的创始人和现代化学疗法的教父，其理论构成了现代毒理学、药理学和治疗学的基础，第一次阐述了毒物和药物之间的关系，提出“物质本身并非毒物，只有在一定剂量下，才能使一种物质变成毒物”、“毒物和药物之间的区别在于正确的剂量”，同时，他还提出:“在检测化学物的反应时，实验是基础;应该区分化学物的治疗特性和毒性特征;但是，区分治疗特性和毒性特征很困难，只有通过给药剂量的不同进行区分;可以确定化学物的特异性、治疗作用、毒性效应程度”。Paracelsus为实验毒理学研究、靶器官毒性研究、剂量-反应关系和利弊分析(危险性-利益分析)等理论的建立奠定了基础。
大约在1780—1853年，医学家、现代毒理学的奠基人，西班牙人Orfila，提出了现代毒理学的定义，曾应用数千只犬做试验，试图将已知毒物的化学与生物化学知识相联系，进行了系统的归纳与分析，并在1815年出版了第一本专门讨论天然物质毒性的专著。Orifila还第一次应用尸检和化学分析方法作为中毒的庭审法律证据，其分析方法为法医毒理学的产生和发展奠定了基础。
大约在1813—1878年，德国人Bernard通过大量实验毒理学研究，为药理学、实验治疗学和职业毒理学奠定了基础。他对毒理学的贡献是提出了靶器官毒性的概念，建立了确定药物和化学物(如箭毒、尼古丁、一氧化碳等)作用机制的方法，证明了药理学和毒理学的基本原则是一致的，表明药物和化学物质能够调节组织的结构和功能。
大约在1783—1855年，法国实验生理学家和医生Magendie对依米丁、士的宁和箭毒的反应机制和体内分布进行的一系列研究，成为毒理学和药理学的经典。其在生理学、药学及毒理学上的重要贡献是证明了脊髓神经的功能，研究了血液流动、吞咽和呕吐生理反应，并在士的宁、碘及溴化合物作为药物的应用中作出了贡献。
中世纪的毒理学基本上是药理学和法医毒理学研究的延伸，为现代药理学及毒理学奠定了基础。第二节 药物毒理学的研究范畴一、药物、毒物与损害作用(一)药物与安全性
世界卫生组织将药物定义为“它是被应用于、拟应用于改善或探索生理学系统或病理学状态，对接受者有益的任何化学物质或产品( any substance or product that is used or intended to be used to modify or explore physiological systems or pathological states for the benefit of the recipient)”。我国药典将药物定义为“药品是指用于预防、治疗、诊断人体疾病，有目的地调节人体生理功能并规定有适应证或者功能主治、用法和用量的物质，包括中药材、中药饮片、中成药、化学原料药及其制剂、抗生素、生化药品、放射性药品、血清、疫苗、血液制品和诊断药品等物质”。因此，药物的发现过程是宽范围、高风险、多方面、高花费和高回报的过程。药物开发的最终目的是发现针对治疗目的具有安全和有效的新化学实体( new chemical entities，NCEs)或新生物学实体( new biological entities，NBEs)，NCEs和NBEs的潜在毒性一定能够充分确定，才准许开始临床试验。
美国《食品药品与化妆品法》将安全性定义为“给予人体某一产品时，在一定时间内，机体不出现与供试品相关的直接和间接有害作用”。药物安全性评价是通过动物试验和对人群的观察，阐明药物的毒性及潜在危害，以决定其能否进入市场或阐明安全使用条件，以最大限度地减小其危害作用，保护人类健康。(二)毒物与药物损害作用
毒物是指在一定条件下，以较小剂量进入机体就能够干扰正常的生物化学过程或生理功能，引起暂时或永久性的病理学改变，甚至危及生命的化学物质，包括药物。药物损害作用是指药物对机体的以下几种影响:①影响正常形态学、生理学、生长发育过程，甚至使寿命缩短;②机体功能降低;③使机体的应激代偿能力降低;④机体对其他某些环境不利影响的易感性降低。(三)毒物与药物的区别
1.正如Paracelsus描述的那样:“物质本身并非毒物，只有在一定剂量下才能使一种物质变成毒物”、“毒物和药物之间的区别也就在于正确的剂量”，例如各种药物在治疗剂量范围内产生药效学作用，而在超出该剂量范围达到中毒剂量时，则成为毒物，说明药物与毒物之间没有绝对的界限。药物毒理学家的职责之一就是寻找具有各种治疗效应，而却几乎没有任何有害作用的药物，但是，这个目标是不可能达到的，只能寻找药物的有效治疗剂量与产生毒性剂量之间的剂量范围，即药物的安全范围( margin of safety，MOS)。
2.药物的安全范围
MOS是未观察到作用剂量( no observed effect level，NOEL)、未观察到有害作用剂量或称为不产生毒性的最高剂量( no observed adverse effect level，NOAEL)与有效剂量的比率。
3.未观察到作用剂量
NOEL是指在动物试验中检测不到药物任何作用的最高剂量。一般从重复毒性试验中获得，也定义为未出现统计学意义的效应的最大试验剂量，该指标是药物安全性评价的基础。
4.未观察到有害作用剂量
NOAEL是药物开发中的一个重要概念，是指在暴露群体和适当的对照之间，有害效应的频率和严重性不引起生物学意义重要增加的最高剂量或暴露。尽管在NOAEL可以观察到最低的毒性效应，但是，不被认为可以影响人类健康或是严重有害事件的先兆。在非临床毒理学研究中，主要有三种类型的发现用于确定NOAEL:①明显的毒性(如临床体征、肉眼和显微镜下可见的损伤) ;②毒性的替代生物标志物(如血清肝药酶水平) ;③药理学活性放大。通常被接受作为安全性评价的标准，并作为确定一种新药物对健康(或无症状)受试者的合理安全起始剂量( first human dose，FIH)的起点。
5. NOAEL与NOEL、MTD和LOAEL的区别
NOAEL与NOEL不同，后者指无任何作用，而不只是没有有害作用，尽管在有些情况下两者可能是相同的。与NOEL的定义相比，NOAEL的定义反映了以下观点，即在动物试验中观察到的一些药物作用可能是可被接受的药效作用，并可能不会引起安全方面的问题。NOAEL不应与观察到有害作用的最小剂量( lowest observed adverse effect level，LOAEL)或最大耐受剂量( maximum tolerated dose，MTD)相混淆。LOAEL是指所检测到的对动物产生损害作用的最低药物剂量;而MTD是毒理学研究中的最大耐受剂量，该剂量具有明显的毒性。后两个概念都建立在已发现有害作用的基础上，并且，通常用于确定健康成人受试者药物安全起始剂量的标准。
6.药物的适应证也可以决定药物的毒性水平
药物的适应证也决定了药物可接受的毒性水平，例如，治疗癌症或治疗其他威胁生命疾病的有效治疗药物，具有已知范围的毒性;但是，对于治疗糖尿病和一般感冒的新药来说药物的毒性是不能接受的;药物毒理学家对于任何治疗药物都必须确定其毒理学范围，并用一种方法将毒性反应与有效治疗剂量联系起来，以便进行药物安全性评价。二、药物毒理学的研究领域
药物毒理学研究的目的主要包括:确定人体使用的安全起始剂量和随后的剂量递增方案，确定潜在毒性靶器官并研究这种毒性的可逆性，确定临床监测的适当指标、识别“危险”人群，确定接纳和排除受试患者的标准，提供产品毒性的作用机制，为产品标签声明提供足够数据，为支持或终止开发项目提供关键信息。其主要研究内容包括:阐明毒性反应特征，揭示剂量或暴露与毒性反应之间的关系，确定毒性反应靶器官，确定毒性损害是否可恢复，确定毒性反应特异性指标( biomarker)、估计安全范围( MOS)。(一)根据药物毒理学的研究性质
根据药物毒理学的研究性质，将药物毒理学分为三大研究领域:①药物机制毒理学:通过研究药物对生物体产生毒性作用的细胞、分子和生物化学机制，阐明药物对机体产生毒性作用的生物学过程，或生物细胞学、生物化学等方面的毒性效应和分子机制;也是药物安全性评价工作的重要组成部分。②药物描述性毒理学:主要观察和研究药物对人体的作用和影响，包括药物临床前毒理学研究和药物临床毒理学研究。临床前描述性毒理学研究，即临床前安全性评价，主要包括急性毒性、重复给药毒性、安全性药理学、遗传毒性、生殖毒性、致癌性、药物毒代动力学、局部毒性、免疫毒性和药物依赖性等试验，目的是发现药物毒性反应症状出现和持续及结束的时间、NOEL、NOAEL、MOS、毒性反应的性质和可逆性等，提供药物安全性评价和管理要求的信息，对于发现可能的人类危害是一个有效的方法。③药物管理毒理学:主要指国家药政部门以描述性毒理学和机制毒理学研究提供的数据为基础，根据相关法规制定准许药物进入临床研究和上市的要求和批准程序，提出对药物安全性评价和临床研究的指导原则及上市后药物不良反应检测的规定。(二)根据药物毒理学的研究阶段
按照药物毒理学的研究阶段，可以将药物毒理学的研究划分为发现毒理学研究(药物毒性筛选)、非临床安全性研究和药物上市后针对不良反应相关的毒性研究(表1-1)。
1.药物发现毒理学研究
( 1)早期发现毒理学研究:
在新药发现阶段，决定候选化合物命运的关键因素之一是毒性特征。发现毒理学也称为筛选毒理学，是指在新产品的开发早期进行毒理学研究，应用简单、快速、经济的筛选方法淘汰掉毒性较高的化合物，筛选出安全性较好的候选化合物，或是通过化学物的毒性机制或结构-毒性关系研究指导筛选已有的化合物或合成新化合物。近年来，新药毒理学研究的模式逐步从传统的临床前评价模式向早期发现毒理学(包括体外短期毒性筛选、组学技术、生物信息学技术)、临床前评价、上市后再评价的三阶段全程评价模式转变，形成了全程式药物毒性评价的新模式。表1-1 药物毒理学研究的不同阶段
发现毒理学的主要研究内容:利用计算机模型或专家系统预测新化学实体的潜在毒性，即虚拟筛选毒理学( in silico toxicology)的技术手段和毒性的定量结构活性模型( QSAR)分析预测化合物的毒性，指导系列化合物的结构改造。药物毒性的早期优化和筛选系统的优点是同时进行系列化合物的毒性比较，具有快速、样品用量小、成本低等特点;利用转基因和“基因敲除”动物模型评价候选新药的慢性毒性、致癌性及其毒作用机制。
( 2)药物靶标确定和先导化合物优化阶段的发现毒理学研究
1)靶标确定阶段:
在先导化合物优化之前，筛选毒理学关注于实施一些总体研究，研究对象是各种母体化合物，通过比对同类或类似化合物的毒理学数据，预测研究化合物的毒性，也可以应用替代性体外实验筛选化合物毒性。甚至，在识别一个或更多已经确定的先导化合物之前，毒理学可以在查找靶标已知的特定副作用方面作出贡献，方法是查阅文献和使用模型、比较化合物。该阶段筛选毒理学的工作包括:①毒理学研究概述;②识别潜在毒理学问题:结构预测、系列化学物的经验、计算机模拟预测毒理学;③替代毒理学筛选:细胞毒性评价、其他替代方法。
2)先导化合物优化阶段:
先导化合物优化阶段的筛选毒理学目的:帮助选择高质量的先导化合物，以减少开发早期的损失;确定开发中可能需要监控或关注的问题;提供预试性实验数据，以帮助设计后续的法规毒理学研究;研究毒性作用机制，以便更好地优化筛选试验，评价与人体有关的不良反应，或确定临床上有用的毒性生物标志物。
3)候选药物阶段的体内及体外筛选毒理学
a.遗传毒理学策略:①从预警性结构进行分析，预警性结构是指可以在一个或多个遗传毒性试验中产生阳性的化合物亚结构，根据经验和应用各种计算机工具，从预警性结构的角度评价新化合物可能发生遗传毒性的风险;新药在临床前开发阶段之前，每个化合物都要经过致突变和致染色体断裂作用的筛选;先导化合物母体分子的任何一个预期代谢产物，均认为具有预警性结构;如果在以后的研究证明其代谢产物具有预警性结构，可以合成该结构，并应用体外筛选模型进行评价;在合成路径确定后，应用这些筛选可以评价合成过程中间体的遗传毒性;②在选择候选药物前，实施致突变和致染色体断裂性筛选性试验;③如果经过代谢可能产生预警性结构，应该在体内和(或)体外实验系统中证实它们的形成;如果形成了预警性代谢产物，应该评价代谢产物的遗传毒性;④在应用致突变筛选试验时，对反应过程的中间体进行试验。
b.啮齿类和非啮齿类动物毒理学筛选:因为筛选毒理学的目的主要是帮助作出开发决策，筛选毒理学研究应该简化试验程序(较少的评价指标)，以较少的动物和给药剂量组、较短的给药时间，得到支持法规毒理学研究的预试验结果。影响先导化合物优化毒理学研究设计的主要因素包括剂量水平的数目、给药持续时间，并且有研究表明在1个月或少于1个月的研究中，在动物体内观察到的大部分毒性是在一次给药后观察到的;因此，一般将候选药物毒性研究的时间设计为从4天到1或2周的范围。
在先导化合物优化阶段非啮齿类动物毒理学研究的目的是为设计支持法规毒理学研究提供预试验性数据，其内容包括测定一次和多次给药的药代动力学( PK) ;确定剂量限制性毒性;如果确定了未观察到作用剂量( NOEL)或未观察到有害作用剂量( NOAEL)，可以确定安全范围。
c.如果有某种科学理由要求考虑非人灵长类动物筛选毒理学试验，猴是被普遍接受的非啮齿类动物。
d.非啮齿类毒理学研究第一阶段试验:剂量递增法，即动物剂量递增/多次给药的预试验性毒理学研究设计:应用一对或几对(雌雄)动物，递增剂量给药，一直延续到确定出现剂量限定性毒性( dose-limiting toxicity test，DLT)为止。每一级递增剂量，均收集血清和(或)血浆，用于评价毒代动力学和临床病理学;一旦确定了DLT，使用未做过试验的动物进行多次给药预试验性研究，应用预先确定的时间(一般为7天)，预试验的第一天和最后一天进行毒代研究;在研究结束，采集用于临床病理学和组织病理学研究的标本;研究不设对照组，剂量水平的选择是要找出上限剂量。
e.对先导化合物的安全性药理学研究。
2.非临床安全性研究
纵观新药的发现、新药的研发、新药的临床试验与注册，以及药品的生产，药物安全性评价贯穿始终。安全性评价时，各个阶段的衔接是用阶梯法，每个阶梯规定特定的试验，提供相应的数据。每个试验的设计建立在上一个试验数据的基础之上，并为下一个试验的设计提供信息。为了尽早地发现问题以降低风险，每个阶梯的试验结果要为下一步的决定即继续或停止试验提供依据。其中，需要作出的最现实、最具决定性和最困难的决定就是化合物是否能够进入临床试验。
药物安全性评价的一个突出特点是一个多学科知识交错的过程。这一点在药物安全性评价过程中的ADME(吸收、分布、代谢和排泄)评价方面尤为突出。通过对不同动物如大鼠、犬或灵长类动物的药代动力学-代谢的评价，可以评价药物在应用于人体之前对机体的毒性。根据动物模型和人的体内代谢特点，可以帮助最佳动物模型的选择和对某些结果的理解，可以及早地掌握药物的生物利用度特征和认识到动物模型的价值。早期的药代动力学数据对于确定以后进行动物试验时的剂量和临床应用的安全剂量是非常有用的。药物代谢动力学不仅可以推测给药剂量与全身效应间的关系;而且，还可以得到许多有关药效方面的信息，特别是曲线下面积、血浆浓度峰值和血浆半衰期。
衡量临床前安全性评价工作的好坏，就是要看其研究成果:试验报告、临床研究申请/新药申请( IND/NDA)总结以及其专业评价是否最大限度地利用了所有可利用的学科。所有的数据和讨论都应建立在毒理学、药理学、病理学和药物代谢学的研究结果之上。当然，药物安全性评价体系本身也有不可克服的局限性。据报道，大量上市药物虽然经受了规范、完整和科学的毒理学研究，但是，仍有部分新药在临床应用中出现严重毒性而撤出市场，甚至造成死亡，所以，目前的药物安全性评价体系还有望进一步完善，并且也需要改善或优化药物筛选毒理学工作。
3.药物上市后针对不良反应相关的毒性研究
临床前的药物安全性评价存在局限性，不能发现药物的所有安全性问题，需要在药物批准上市后进行药物警戒及收集药物不良反应的信息;针对特定药物不良反应进行药物的安全性再评价，找出毒性反应的原因及机制;找出去除或减少毒性的办法，或改进剂型。例如报道的中国十大药害之一“关木通事件”，或称“龙胆泻肝丸事件”、“马兜铃酸肾病事件”。该事件起源于1990年及1992年，在比利时有100多人服用含有中药关木通的减肥药一年后，数十名减肥者被查出肾脏受到损伤，研究认为是所含马兜铃酸所导致。1998年，英国报告两例服用含马兜铃酸的中药引起肾衰。北京中日友好医院肾内科收治了100多例马兜铃酸肾病患者，其中，最多的就是服用龙胆泻肝丸导致的肾损害病人。2002年6月，美国食品药品管理局宣布禁售70多种含马兜铃酸的龙胆泻肝丸等中成药。天津中医药大学校长张伯礼院士领导的课题组及国家药物安全评价监测中心，针对“关木通”肾脏毒性进行了系统研究，发现“关木通”确有肾脏损害作用，并建议用不含马兜铃酸的木通科木通(如白木通)代替关木通;最终国家药典委员会将“关木通”从《中国药典》中剔除，换为“木通”。另一个实例，1988年至2006年4月国家药品不良反应监测中心统计的数据表明与鱼腥草类注射剂有关的不良反应有5000余例，其中严重不良反应222例。为此，2006年原国家食品药品监督管理局发出紧急通告“紧急停用鱼腥草注射液”。国家药物安全评价监测中心，通过毒理学研究证实鱼腥草注射液中吐温-80是引起临床类过敏反应的主要原因之一，并进一步探索了吐温-80引起类过敏反应的剂量范围及作用机制。第三节 药物管理毒理学的诞生与发展
药物毒理学是人类同疾病作斗争的产物，在经历了重大药害事故和灾难、付出惨重代价后，药理学家及毒理学家不断总结经验、教训，逐步建立和完善了一系列药物毒理学评价和管理的法规体系，确保用药安全，减少了药物毒性意外灾难的发生。药害事件也引起了国际社会及世界各国政府的高度重视，各国政府相继制定了药物安全的管理法规，这些法规均要求对药物进行安全性评价，通过研究动物对药物的毒性反应，推测人类可能发生的药物不良反应，从而评价药物对人体可能存在的危害和风险。在这种背景下，产生了毒理学的一个分支学科，即药物管理毒理学。
药物管理毒理学涉及毒理学及管理部门立法、执法两方面的内容，一方面，政府行政管理部门的职责是保护公众健康，他们在对药物进行安全性评价和作出决策时，高度依赖于药物毒理学基本原理和试验数据，据此做出批准、限制或禁止新药上市的决定;另一方面，管理部门通过制定安全性评价的规范、程序、准则，促进了毒理学方法的改进。管理部门对安全性评价的设计和实施，最具有影响的是:①提出药物毒理学试验的指导原则;②提出了“优良实验室工作规范( good laboratory practice，GLP)”或称为“非临床安全性研究质量管理规范”，GLP规定了实验室科学规范，目的是为了保证管理部门依据的安全性评价试验数据的科学、可靠和完整，从而保证其决策的正确性。
药物安全性评价方法学的完整体系是20世纪以后逐渐建立起来的，合成药物逐渐替代天然药物，出现了有害药物增多的倾向，大量人群药物中毒、死亡事件多次发生，推动了药物安全性评价的发展。世界各国政府成立主管机构，制定和修订药物安全性评价的规范和准则，希望通过在啮齿类和非啮齿类动物中的毒理学研究，为候选药物提供尽可能多的安全性证据。一、美国药物毒理学相关管理法规的产生和发展
1848年墨西哥-美国战争期间，美国应用大量从欧洲进口、储存和运输不当导致降解的药物，还应用大量带有毒物的掺假药物，使应用药物导致的死亡、伤残士兵比直接参战造成的死亡和伤残数量还多。为此，美国国会在1848年通过了《药品和医学法》，建立美国药典委员会作为确定药品标准的科学社团。
美国国会由于受到Sinclair所著The Jungle一书的影响和其他政治和社会的压力，在1906年通过了《食品和药品纯度法》，要求生产商强制执行该法规，遵守美国药典委员会设定的标准，将假药和标签错误导向性陈述作为作假行为，但是没有提及毒性检测。
在1911年，美国国会通过了《食品和药品纯度法》Sherley修正案，该修正案让政府承担欺诈行为举证的职责，而不要求检测药物的安全性。随后，1937年发生了磺胺酏剂药物灾难事件，导致107人死亡。为此，美国国会在1938年通过了《联邦食品、药品和化妆品法》，它是美国食品和药品管理局( FDA)现行法规的基础，新法规要求对所有药物在上市前都要进行毒性试验，要求提供实验动物安全性研究结果，以确保安全性，但是，没有提出一个通用的指导原则。为了落实该法规，美国设立了代表联邦政府的食品和药品监管机构，即由美国食品药品监督管理局执行有关食品和药品生产执照的统一管理并稽查生产现场，以确保制剂生产质量符合政府法规。
美国FDA在1949年提出了药物安全性评价的指导意见，同年发表在《食品、药品和化妆品法杂志》( Food，Drug and Cosmetic Law Journal)上。后几经修订，于1959年出版了《评审手册》( The Appraisal Handbook)一书。虽然在形式上没有把它称为指导原则，但是在很长时间里(几年)它都被当作临床前毒性试验的标准。
20世纪30～50年代，大量新药经简单毒性试验就匆匆上市，加上试验技术和试验条件的限制以及药政管理不严、不规范，使得药害事件不断发生，特别是在20世纪60年代，发生了震惊世界的“反应停事件”。该事件使人们认识到药物毒理学研究的重要性，更认识到毒理学研究必须采用新技术和新方法。美国国会通过了Kefauver-Harris法案，为此美国FDA制定了许多新法规，对新药的上市前毒理学研究作出了严格规定，推动了药物毒理学的发展，如要求新药必须进行两种实验动物的致畸试验，其中一种实验动物必须是家兔。
1968年，Goldenthal提出了药物安全性评价所要求的试验基本技术指导原则，1971年并入FDA出版的《FDA药物质量总体介绍》( FDA Introduction to Total Drug Quality)一书中。同时期，美国FDA颁布了Agwawno起草的文件《人用药品安全性评价的生殖毒性研究的指导原则》，提出了致畸试验的具体实验要求:Ⅰ期临床试验如果纳入孕妇，至少需要做一种动物的Ⅰ阶段致畸试验;Ⅲ期临床试验如果纳入孕妇，则要求做Ⅰ阶段和所有Ⅱ阶段致畸试验。二、人用药品注册技术要求国际协调会议(一)简介
随着国际贸易及国际合作交流的发展，药物临床前安全性评价的毒理学试验规范趋向于统一。人用药品注册技术要求国际协调会议( International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，ICH)是由欧盟、日本、美国三方政府的管理部门及制药企业联合会六个单位组成，即由欧盟、欧洲制药工业协会联合会、日本厚生省、日本制药工业协会、美国食品与药品管理局及美国药物研究和生产联合会。世界卫生组织、欧洲自由贸易区和加拿大卫生保健局作为观察员参加会议。国际制药工业协会联合会组织并参加协调会。ICH秘书处设在日内瓦的国际制药工业协会联合会总部。ICH每两年召开一次国际性大会。
ICH关注新药研制的质量控制、安全性、有效性和信息通讯标准化等方面的专题。经多年的协调统一，三方在许多方面达成共识，并在三方的药品审评中得到应用。目前已有越来越多国家的药品注册管理部门和企业采用了ICH的技术要求，该文件已成为国际统一的药品注册技术要求，我国在修改新药指导原则时也充分研究及参考了ICH的技术要求。
ICH安全性试验的宗旨是协调统一三方现行的指导原则，引用新的合适的试验方法，缩短试验周期，减少实验动物使用量，制订科学的适应性强的试验方法，见表1-2。表1-2 已经建立的药物安全性评价的ICH指导原则及当前状况续表续表(二) ICH进展—ICH M3( R2)
1.单一剂量毒性试验、遗传毒性试验要求
急性毒性试验是指动物在24小时内一次或多次给予供试品之后，在一定时间内所产生的毒性反应。传统上，急性毒性试验资料可以同时由两种哺乳动物/应用人临床拟用给药途径及非肠道给药途径进行单一剂量的毒性试验获得，通过剂量递增或短期的剂量范围寻找试验，找出一个最大耐受剂量( maximum tolerance dose，MTD)。ICH M3( R2)提出了替代原则，强调动物死亡不应该作为急性毒性评价的终点，避免在动物上使用不会增加预测临床安全性评价的剂量，减少实验动物的使用数量。
遗传毒性方面，ICH M3( R2)明确说明单剂量给予的Ⅰ期临床试验，需要进行体外基因突变试验;而多剂量给予的Ⅰ期临床试验，除提供体外基因突变试验之外，需要评价体外哺乳动物细胞的染色体损害，并在第二阶段临床试验进行之前，完成并提供标准的一套遗传毒性试验(体内与体外试验)。
2.对于重复给药毒性试验进行时间安排的修订
重复给药毒性试验是指将供试品重复多次给予动物后，观察剂量与反应的时间关系和出现的毒性变化等。过去美国FDA、欧洲药品管理局( EMA)与日本厚生劳动省对于支持临床试验及药品上市的重复给药的毒性试验的要求不同，ICH M3( R2)则将三方的要求达成了一致。原则上，应用两种哺乳动物(其中一种为非啮齿类)进行的毒性试验的周期相当或超过人临床试验的周期。通常在啮齿类动物进行6个月，在非啮齿类动物进行9个月重复给药的毒性试验，足以支持超过6个月的人临床试验。如果药物具有明显的治疗效应，虽然没有相同实验周期的重复给药的毒性试验资料，临床试验周期有时可超过动物重复给药的毒性试验周期，但是要求具体问题具体分析。
3.对于纳入具有生育能力的妇女进入临床实验的生殖毒理试验要求
针对纳入男性及不具有生育力的女性(即永久不孕、绝经)进行临床试验的生殖毒性试验要求，ICH M3 ( R1)与ICH M3( R2)给出的建议相同。ICH M3( R2)还提出了绝经的定义，即没有其他医疗介入、连续12个月没有月经。对于拟纳入怀孕女性参与临床试验，该受试物必须进行完整的生殖与发育毒性试验及标准的遗传毒性试验。过去三方对于纳入具有生育能力妇女进入临床试验的生殖毒性试验要求不同，而在ICH M3( R2)进行了协同，第一种建议采取预防措施以减少风险，防止在临床试验期间怀孕;第二种方法是进行生殖毒性试验，描述药物固有的风险。
4.新增药物或毒物动力学试验的评价
药物或毒物动力学试验方面，与ICH M3( R1)相比，ICH M3( R2)提出了在进行人类临床试验之前，必须进行动物或人类体外代谢及血浆蛋白结合试验，进行动物重复给药的毒性试验评价( ICH S3)，以及进行药物动力学评价，如吸收、分布、代谢和排泄测定。
5.增加支持儿童群组临床试验的安全性评价要求
当临床试验拟纳入儿童患者时，可以先根据以前成人的安全性资料，应该具体问题具体分析;在进行儿童临床试验前，应该提供相关的动物试验资料;生殖毒性试验可以提供儿童试验群组的年龄和性别直接毒性或发育危险性相关的信息;胚胎发育毒性评价并不是支持男性或青春期前女性临床试验的关键性试验。
6.药物非临床安全性试验原则新增加部分
( 1)毒理学试验高剂量的选择:
一般毒性试验经常使用最大耐受剂量描述临床上潜在的相关影响，但是，并不是每一个试验均需要获得最大耐受剂量;其他类似限制剂量包括达到高暴露倍数(高于临床数倍的剂量)或大的暴露倍数如临床用药量的50倍、暴露饱和剂量或最高给药剂量，这些均可以作为毒理学试验的限制剂量选择，而这些剂量的选择的主要目的是为了避免在动物身上不会增加临床安全性评价数据的剂量而减少实验动物的应用，ICH M3( R2)应用流程图方式说明了毒理学试验高剂量的选择建议。
( 2)人类临床试验首次给药剂量的估算:
为了保证人临床试验的安全性，人临床试验的首次给药剂量的估算非常重要，一定要考虑所有的非临床数据，包括药理学剂量-反应关系、药理及毒理学特性、药物动力学等，在最适当动物种属上进行非临床安全性试验，并获得不造成任何不良反应的剂量。
( 3)对于探索性临床试验的非临床安全性试验要求:
ICH M3( R2)提出了对于某些特殊目的的临床试验应该进行探索性临床试验获得人体生理学、药理学、候选药物特点以及疾病相关的治疗目标等人体数据，如造影或其他诊断目的的给药;此类临床试验在Ⅰ期人体临床试验进行前完成，支持此类型临床试验所需要提供的非临床安全性数据的量及种类根据药物在人体暴露的程度，包括临床最大使用剂量和持续给药时间等情况而异，ICH M3( R2)列举了五种不同探索性临床试验的例子及其所需提供的非临床试验策略。
( 4)新增加免疫毒性、光安全性、药物滥用、复方制剂及其他所需的非临床试验要求:
①支持免疫毒性的非临床试验:根据ICH S8规范的要求，所有应用于人类的新药都应该评价可能的免疫毒性，应用的方法包括标准的毒性试验以及根据审查的证据强度(包括标准毒性试验发现的免疫学指标的改变)而进行的额外免疫毒性试验。如果需要额外的免疫毒性试验，这些试验应该在药物应用于大量患者之前(通常在Ⅲ期临床试验)完成。②支持光安全性试验的非临床试验:潜在光毒性试验评价包括非临床离体和载体试验或临床试验，在应用于大量患者之前完成。③支持评价药物滥用的非临床试验:对于任何适应证的药物，当其活性成分会对中枢系统产生药理学作用时，应该考虑是否进行该药物滥用可能的评价，若活性成分显示有关已知滥用的信息或对中枢神经系统具有新作用机制，建议进一步进行非临床试验以支持大型临床试验(例如Ⅲ期试验)。④支持复方药物的非临床试验要求: ICH M3 ( R2)说明了复方药物包括的范围，并且建议如何依据各单方的药理、毒理、药动学特性、适应证、受试群组、现有的临床资料及临床预期使用期间等信息设计支持该药物上市的非临床重复给药的试验，一般最长给药期间为90天。一般复方制剂的动物试验仅需要在一种动物上进行，除非发现非预期的毒性现象，否则需要进行额外的试验。当个别单方没有进行完整的非临床试验计划，可以以复方进行完整的非临床毒理学试验。ICH M3( R2)对不同临床时期所需非临床试验要求见表1-3。表1-3 ICH M3( R2)不同临床时期所需非临床试验要求第四节 药物毒理学试验的基本原则与局限性一、药物毒理学试验的基本原则(一)实验动物模型与人类在解剖、生理学、生物化学、药物代谢和遗传等方面类似
药物在实验动物产生的效应可以外推到人类，基本的假设是:①实验动物和人在解剖、生理和生物化学、药物代谢和遗传等方面具有许多共同点，药物在动物体内的反应能够很好地预测人体内的反应，人是最敏感的动物物种，多年来一直应用多种动物毒性试验的结果来预测人的毒性。ILSI调查研究了人和动物体内药物毒性的一致性，调查了12家制药企业，研究了150种药物(包括抗癌药物、抗传染性疾病药物、消炎药、治疗神经疾病的药物、治疗心血管疾病和肾病的药物)，鉴别了221人次的药物引起的人的器官毒性(包括皮肤、尿道、胃肠道、血液、肝胆和神经等)和研究应用的动物品种和持续时间，结果发现:在临床试验阶段(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段)发现的对人的毒性中，啮齿类加非啮齿类动物毒性试验对于人全部毒性的预测率为71%，动物毒性试验对人类毒性预测率最高的是血液系统、胃肠道和心血管系统，预测率最低的是皮肤毒性;非啮齿类动物在预测心血管和胃肠道毒性方面优于啮齿类动物;在抗癌药物，应用犬毒性试验模型能够较好地预测胃肠道毒性;动物毒性研究可以较好预测毒性的药物类别是抗癌药物、抗病毒药物和治疗心血管系统的药物;在动物试验发现的人的各种毒性中，有94%首先出现在一个月或更短的毒性试验研究中。②人类和实验动物的生物学过程包括药物的代谢，与体重或体表面积有关，这两个假设也是全部实验生物学和医学的前提。对于动物药物毒理学试验的毒性指标如MTD或NOAEL，通常假设为当剂量用体表面2积进行标准化(即mg/m)后，可在不同动物种类间进行良好的换算，即各种动物间给药剂量比是1∶1，这一假设的主要依据是Freireich等( 1996)和Schein等( 1970)的工作。对于抗肿瘤药，当剂量被标准化成2相同的给药方案并以mg/m为单位时，使10%的啮齿类动物死亡的剂量( LD)和非啮齿类动物的MTD都与人MTD相关。根据动物体表面100. 67积校正系数(即W)进行剂量标准化时，这类药物的MTD在不同动物间可以转换，根据体表面积进行剂量标准化是一种广泛应用动物剂量估计相应人用剂量的方法。以单位体表面积计算在人类可能产生的毒性作用的剂量和实验动物通常相近似;而以体重计算则人通常比实验动物敏感。因此，可以利用安全系数来计算人的相对安全剂量。一般认为，如果某一个药物对几个物种的实验动物的毒性相同，则人的反应也可能相似。(二)实验动物模型必须暴露高剂量才能发现毒性全貌
实验动物必须暴露高剂量，这是发现对人类潜在危害必需和可靠的方法。这是因为与人相比，小动物的基础代谢率高，生命周期短，体内药物代谢快;高剂量设计也可以保证毒理学研究能够描述可能出现的毒性的全貌。但是，过高剂量会导致动物出现与人无关的明显中毒症状和损害作用。在药物毒理学试验中，试验模型所需要的动物数量总是远远少于处于危险中的人群，为了在少量动物得到有统计学意义的可靠结果，需要应用相对较高的剂量，以使效应发生的频率足以被检测到。(三)实验动物模型必须是健康的雌性和雄性动物
药物毒性试验应用成年的健康雄性和雌性动物，该动物具有低的病理学损伤和疾病的发生率，容易适应实验室环境，对试验操作不易产生紧张感，与药物诱导的潜在不良反应相关，包括药物毒性的临床体征、临床病理学和组织病理学。这是药物毒理学试验的基本原则，目的是控制药物以外的可变因素，这样可以更好地了解与药物有关的反应，使试验结果具有代表性和可重复性。将幼年和老年动物、妊娠动物、疾病动物作为特殊情况研究。(四)生物技术药物安全性评价种属特异性模型选择原则
1.以蛋白质/多肽及其衍生物或由其组成的产品为基础的生物技术药物的安全性评价，其动物种属特异性模型选择原则:
①选择相关动物种属:在了解其药物动力学、药效学、免疫学及种属特异性的基础上，尽量选择与人反应一致的动物种属，并且，该种属及其组织细胞能产生该药物的对应受体的表达。而且，受试物能产生药理学及生理学反应，即相关动物种属。可应用免疫化学和功能试验等许多技术确定相关动物种属，有关受体分布的知识有助于更多了解潜在的体内毒性。一般应用哺乳动物细胞系和(或)原代细胞，检测药物对细胞表型和增殖的直接作用，用于预测体内活性的特异性并可定量评价不同动物种属(包括人类)对于生物药物的灵敏度，也可以测定受体数量、受体亲和力和(或)药理学作用，帮助选择相关的动物种属进行体内药理学和毒理学研究。②选择对抗体低反应的实验动物:如果没有相关动物种属，研究拟超过4周时，应该考虑选用已知对受试物抗体产生低反应的实验动物种属，以避免免疫反应干扰试验的观察。③选择对人受体表达的转基因动物:如果没有相关动物种属，当受试物能与人源化受体相互作用并产生药理学和生理学作用时，采用能表达人受体的转基因动物模型。④选择同源蛋白质的相应动物种属:如果没有相关动物种属时，也可以采用同源蛋白质于相应动物种属中进行安全性评价，但是应用同源蛋白质得到的有关资料，应该特别注意生产过程、杂质范围、污染物、药物动力学和确切的药理学机制在同源蛋白质和准备临床应用产品之间可能的差异。⑤选择相应的动物疾病模型:在某些情况下，可以应用动物疾病模型替代正常动物进行毒性试验，但是应该提供模型选择的合理性，动物疾病模型可能有助于确定毒性指标，选择临床适应证，确定合适的制剂及给药途径和治疗方案。⑥谨慎选用啮齿类和非啮齿类动物:如果体外临床前研究不能确定相关动物种属时，可谨慎先用某种啮齿类和非啮齿类动物进行安全性评价。⑦其他:选择相关的体外细胞的检测方法进行安全性评价。
2.基因治疗药物安全性评价动物模型选择原则
①该动物对表达基因产品的生物学反应应该与预期在人的反应相关;②对感染敏感，对与该病毒载体相关的该野生型病毒所引起感染的病理学结果敏感;③相关动物模型可以包括转基因动物模型或承受一个人组织移植的免疫缺陷动物;在许多情况下，表达的蛋白质与非人类灵长类种属具有交叉反应，因此，猕猴或恒河猴经常是毒理学研究选择的种属;④此外，选择对基因治疗产品具有免疫原性的动物。
3.单克隆抗体安全性评价相关种属选择标准
①该动物表达希望的表型，即与人有相同靶抗原;②证明在组织交叉反应方面类似于人类;③尽可能完善地评价与表型结合和任何非预期组织交叉反应所致的毒性;④考虑中和抗体的后果。在猴体内抗体中和潜力相当弱，相关动物模型一般为猴。有抗原结合资料表明，灵长类为最相关种属，未耦联抗体的试验应考虑灵长类进行药代动力学和毒代动力学。当没有合适相关动物模型，又没有携带相关抗原动物，且与人组织交叉反应试验阴性时，则可免报毒性研究资料。
4.疫苗临床前安全性评价动物模型的选择原则
( 1)相关动物模型:免疫功能的种属特异性是疫苗在动物安全性评价的主要障碍，动物模型应该最恰当地模拟人的情况，尽管在发展体内及体外模型方面已做了大量工作，但是，仍不能够模拟人免疫系统的复杂性，文献报道相关动物的选择标准为:①动物在接种免疫疫苗之后，免疫反应的发展类似于人的反应;②对于疫苗诱导的抗体，证明在抗原抗体结合方面与人类似;③该动物种属对该病原微生物或毒素敏感;④加重免疫紊乱;⑤附加考虑:根据疫苗的适应证及靶群体选择动物的年龄及性别，例如，最近新生和老龄啮齿类动物被认为是适合于拟用于新生儿和老年人疫苗评价的模型。
( 2)对动物模型经验的考虑:该动物模型历史对照的数据背景值，如血液学、血清生化学、组织病理学及致畸发生率等。
( 3)考虑该动物模型与临床的一致性。
( 4)在个例评价基础上，要求附加模型，如对一个癌症疫苗含有一个“自身”抗原，在动物中应用一个同源抗原或含有人类抗原基因的转基因小鼠。
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