杜武，許家星，張娟，劉兆華，劉兆平

(山東大學(xué)1.藥學(xué)院，2.新藥評(píng)價(jià)中心，山東濟(jì)南250012)

藥物非臨床毒代動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展

杜武1，2，許家星2，張娟1，劉兆華2，劉兆平2

(山東大學(xué)1.藥學(xué)院，2.新藥評(píng)價(jià)中心，山東濟(jì)南250012)

藥物非臨床毒代動(dòng)力學(xué)是藥代動(dòng)力學(xué)在全身暴露評(píng)價(jià)中的延伸，或?yàn)榉桥R床毒性研究的一部分，或?yàn)槟骋粚ＴO(shè)支持性研究，可為藥物臨床試驗(yàn)或應(yīng)用提供安全性依據(jù)。目前毒代動(dòng)力學(xué)已由最初的解釋毒性試驗(yàn)結(jié)果逐漸擴(kuò)展至毒性機(jī)制研究，成為在藥物非臨床和臨床研究間的橋梁，同時(shí)其研究范圍也擴(kuò)展至藥物代謝產(chǎn)物等的安全性評(píng)價(jià)中。本文就毒代動(dòng)力學(xué)的實(shí)施、復(fù)合因素以及國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并展望其發(fā)展新方向。

藥代動(dòng)力學(xué);毒性作用;評(píng)價(jià)研究

藥物非臨床毒代動(dòng)力學(xué)是藥代動(dòng)力學(xué)在全身暴露評(píng)價(jià)中的延伸，其可結(jié)合于各種毒性試驗(yàn)而成為毒性研究的一部分，也可獨(dú)立于毒性試驗(yàn)之外而成為專設(shè)支持性研究［1］。毒代動(dòng)力學(xué)通過(guò)測(cè)定藥物及其相關(guān)物質(zhì)體內(nèi)暴露的血漿或組織濃度，獲得劑量與體內(nèi)暴露水平之間的線性或非線性規(guī)律，用于闡明毒理學(xué)發(fā)現(xiàn)或毒性反應(yīng)與劑量或血藥濃度之間的關(guān)系，最終為藥物臨床試驗(yàn)或應(yīng)用提供安全性依據(jù)。

由于現(xiàn)代分析方法的發(fā)展和應(yīng)用，毒代動(dòng)力學(xué)研究由最初的解釋毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐漸擴(kuò)展至毒性機(jī)制研究，并日益成為藥物非臨床研究的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)內(nèi)容;同時(shí)其作為藥物非臨床和臨床研究之間的橋梁［1］，將兩者更加緊密地聯(lián)系在一起。此外，毒代動(dòng)力學(xué)研究亦擴(kuò)展至藥物代謝產(chǎn)物和新型藥物輔料的安全性評(píng)價(jià)中，為在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)評(píng)價(jià)可能暴露于人體的藥物相關(guān)物質(zhì)安全性研究提供了有力支持。本文就毒代動(dòng)力學(xué)的實(shí)施、復(fù)合因素及在國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 毒代動(dòng)力學(xué)研究及影響其實(shí)施的因素

1.1 毒代動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)施

毒代動(dòng)力學(xué)研究通常結(jié)合于各種毒性試驗(yàn)中，被稱為“伴隨毒代動(dòng)力學(xué)”，亦可在模擬毒性研究條件下的支持性實(shí)驗(yàn)中開展。伴隨毒代動(dòng)力學(xué)是藥物非臨床安全性評(píng)價(jià)的組成部分，其應(yīng)嚴(yán)格遵循藥物非臨床研究質(zhì)量指導(dǎo)規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn);而在模擬毒性研究的條件下，回顧性設(shè)計(jì)并以獲取安全性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為目的的毒代動(dòng)力學(xué)研究也應(yīng)遵循非臨床研究質(zhì)量指導(dǎo)規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［1］。

毒代動(dòng)力學(xué)研究一般需選定合適實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，以合理給藥途徑、頻率和劑量水平進(jìn)行給藥，于合理采樣時(shí)間點(diǎn)采集含有藥物原型和(或)代謝物的血漿或血清等樣品并進(jìn)行測(cè)定，最終獲取血藥峰濃度(maximum concentration，cmax)、藥時(shí)曲線下面積(areaundercurve，AUC)和半衰期等常用暴露(0531)88380319參數(shù)［1］。近年來(lái)，平均血漿藥物濃度也被推薦至藥物安全性研究中，其通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的AUC，用于解釋藥物劑量-效應(yīng)等關(guān)系［2］。

1.2 影響毒代動(dòng)力學(xué)研究的復(fù)合因素

諸多復(fù)合因素會(huì)增加毒代動(dòng)力學(xué)研究實(shí)施的復(fù)雜性(圖1)，為提高以毒代動(dòng)力學(xué)信息為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)人體安全性的準(zhǔn)確性，需考慮特殊藥物的性質(zhì)、最適動(dòng)物的選擇、待測(cè)物質(zhì)的確定、檢測(cè)方法的選用、人體特殊性以及毒代動(dòng)力學(xué)及參數(shù)與毒理效應(yīng)之間的相關(guān)性等因素。

圖1 影響毒代動(dòng)力學(xué)研究的因素.ADME:機(jī)體對(duì)外源物的吸收、分布、代謝和排泄.

隨著現(xiàn)代制藥技術(shù)的進(jìn)步，創(chuàng)新藥物研發(fā)方興未艾，這為毒代動(dòng)力學(xué)研究提出了新的挑戰(zhàn)。如手性藥物，其同分異構(gòu)體作用于同一靶點(diǎn)卻可能具有不同親和力，在采用氣相色譜-質(zhì)譜-單選擇離子檢測(cè)法，同時(shí)對(duì)絲氨酸對(duì)映體進(jìn)行定量檢測(cè)［3］;如前藥為修飾過(guò)的母藥，其進(jìn)入機(jī)體后被代謝為活性成分而發(fā)揮藥效，因此，以前藥的活性代謝物作為全身暴露的待測(cè)物質(zhì)更為合理［4］;肽類、蛋白類和單克隆抗體藥物等生物技術(shù)藥物，近年來(lái)也發(fā)展迅猛并成功用于臨床治療［5］，在毒代動(dòng)力學(xué)研究中，采用放射性同位素標(biāo)記法、免疫印跡法以及ELISA法等新方法對(duì)相應(yīng)藥物進(jìn)行檢測(cè)［6-7］。

不同實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可能對(duì)同一藥物顯示不同靈敏度，如大鼠和犬在分別給予未見(jiàn)不良反應(yīng)劑量水平(no observed adverse effect level，NOAEL)的止痛藥物后，大鼠的血漿藥物AUC值是犬的4倍，提示大鼠對(duì)此藥物比犬更為敏感［8］。又如人源化的生物技術(shù)藥物由于抗原性很難在常規(guī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)實(shí)施檢測(cè)，已有研究者嘗試在黑猩猩和基因敲除小鼠上進(jìn)行毒代動(dòng)力學(xué)研究［9］。

藥物在體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程也存在諸多復(fù)合因素。藥物吸收很大程度上取決于給藥途徑，給藥途徑的不同則有可能對(duì)毒代動(dòng)力學(xué)檢測(cè)產(chǎn)生影響;被吸收的藥物可通過(guò)機(jī)體循環(huán)系統(tǒng)被轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)體各器官組織，此時(shí)藥物的血漿蛋白結(jié)合率及組織親和力的異常，則會(huì)導(dǎo)致藥物最終分布的異常。若藥物可誘導(dǎo)或抑制代謝酶，則會(huì)導(dǎo)致藥物及代謝物的異常累積或產(chǎn)生有毒代謝物而改變藥物毒性作用。排泄過(guò)程中若存在肝腸循環(huán)、腎小管重吸收等現(xiàn)象，則會(huì)引起藥物濃度波動(dòng)進(jìn)而干擾毒性研究結(jié)果。

人體與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的種屬間差異是預(yù)測(cè)藥物人體安全性的首要障礙，如單克隆抗體TGN1412在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中顯示良好的安全性，但在臨床試驗(yàn)中卻出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)［10］;此外，患者人群多種病理生理狀態(tài)也會(huì)影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，例如患者肝腎功能不全直接影響藥物的清除，有極少數(shù)患者會(huì)對(duì)少量藥物暴露產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)等。

2 毒代動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域及意義

2.1 探索藥物的劑量-暴露-毒性關(guān)系

傳統(tǒng)毒性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)劑量-毒性反應(yīng)來(lái)研究受試藥物的安全性，但對(duì)藥物真正的體內(nèi)暴露關(guān)注不足，而毒代動(dòng)力學(xué)則可定量動(dòng)態(tài)描述藥物體內(nèi)暴露情況，并通過(guò)毒代參數(shù)或藥物濃度測(cè)量值為毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋提供依據(jù)。在重復(fù)給予受試藥物后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)藥物暴露一般與劑量、暴露時(shí)間呈現(xiàn)相關(guān)性，如在柚皮苷(naringin)的毒代研究中發(fā)現(xiàn)，藥物的暴露量與劑量水平增加呈比例關(guān)系［11］;而藥物暴露量的增加則極可能增加藥物使用的風(fēng)險(xiǎn)性，如鹽酸雙苯氟嗪(dipfluzine)毒性與藥物全身暴露呈線性［12］。此外，cmax和AUC值也可用于定量評(píng)價(jià)藥物毒性，如在兩種喹諾酮類藥物的毒代動(dòng)力學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)喹諾酮類藥物900 mg·kg-1組的cmax和AUC0→24h值均低于氧氟沙星300 mg·kg-1陽(yáng)性對(duì)照組的相應(yīng)參數(shù)值，提示兩種受試藥物具有較低的毒性［13］。

2.2 尋找藥物的毒性靶器官

機(jī)體某些組織器官可能由于大量血液灌流(如肝和腎)或?qū)κ茉囁幬锏母哂H和力，引起過(guò)量藥物及代謝物的積蓄繼而受損，而毒代動(dòng)力學(xué)的藥物濃度測(cè)量值和各種參數(shù)，在揭示毒性靶器官和組織研究中發(fā)揮著重要作用。如在9-〔2-(膦酰甲氧基)乙基〕腺嘌呤一鈉鹽毒代研究中，腎清除率的下降提示藥物對(duì)腎的毒性作用［14］;在兩性霉素B的毒代研究中，脾、肝和腎因蓄積高濃度的受試藥物而被疑為毒性靶器官［15］;司帕沙星在關(guān)節(jié)軟骨中的濃度遠(yuǎn)高于血漿藥物濃度，提示前者可能為藥物毒性的靶組織［16］。

2.3 毒性生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)

近年來(lái)，毒性生物標(biāo)志物因在評(píng)價(jià)藥物毒性損害時(shí)更為直觀簡(jiǎn)便而廣受關(guān)注，而毒代動(dòng)力學(xué)在毒性生物標(biāo)志物的研究中有著巨大潛力。在MLN8866的毒代研究中，血清淀粉樣蛋白A和觸珠蛋白的增長(zhǎng)水平與受試藥物的全身暴露(以cmax和AUC0-4d表征)和毒性結(jié)果成正相關(guān)關(guān)系，提示上述兩種蛋白可作為MLN8866治療時(shí)潛在的毒性生物標(biāo)志物［17］。在特殊情況下，當(dāng)藥物毒性標(biāo)志物不易獲取時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段依然可以與毒代動(dòng)力學(xué)研究相結(jié)合達(dá)到毒性監(jiān)測(cè)的目的。如在諾氟沙星的中樞神經(jīng)毒性研究中發(fā)現(xiàn)腦電圖的總響應(yīng)值與藥物AUC0→∞相關(guān)聯(lián)，提示EEG可作為諾氟沙星中樞神經(jīng)毒性早期診斷方法之一［18］。

2.4 非線性動(dòng)力學(xué)研究

有些藥物的體內(nèi)過(guò)程(ADME)存在酶或載體的參與，當(dāng)給藥劑量及藥物體內(nèi)濃度達(dá)到一定限度時(shí)，酶催化或載體轉(zhuǎn)運(yùn)能力即達(dá)到飽和，使藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨劑量改變而變化，從而出現(xiàn)非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。例如維生素B2通過(guò)近端小腸的非Na+依賴性載體以主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)方式吸收［19］，一定劑量的維生素B2可飽和該轉(zhuǎn)運(yùn)載體，使藥物的吸收率不隨劑量增加而變化［20］。藥物毒性實(shí)驗(yàn)劑量設(shè)置是以假定藥物的劑量與毒性呈正比關(guān)系為前提的，而藥物的非線性動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可能導(dǎo)致毒性研究中的劑量限制或使毒理學(xué)發(fā)現(xiàn)無(wú)效，此時(shí)毒代動(dòng)力學(xué)研究將非常有助于評(píng)價(jià)劑量與暴露間的相關(guān)性［1］。如在兩性霉素B脂質(zhì)體的毒代研究中，發(fā)現(xiàn)藥物的分布可被飽和，藥物清除率和分布容積均隨著劑量增加而下降，提示其具有非線性動(dòng)力學(xué)特性;同時(shí)通過(guò)對(duì)藥物毒性定量評(píng)估，發(fā)現(xiàn)藥物毒性仍與劑量呈線性關(guān)系，證實(shí)藥物毒性風(fēng)險(xiǎn)并未因藥物的非線性動(dòng)力學(xué)特性而增加［15］。此外，有些藥物在一定劑量下可誘導(dǎo)或抑制代謝酶而使藥物消除異常，亦可引起非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。如在阿伐麥布(avacimibe)的毒代動(dòng)力學(xué)研究中比較了其在第1和第9天的cmax和AUC值，發(fā)現(xiàn)所有劑量組下該數(shù)值均降低，提示受試藥物可能誘導(dǎo)肝CYP3A酶而出現(xiàn)非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象［21］。

2.5 藥物代謝產(chǎn)物研究

有些藥物可被代謝酶代謝成為毒性產(chǎn)物，而其毒性代謝產(chǎn)物將加劇細(xì)胞損傷而出現(xiàn)器官毒性。以對(duì)乙酰氨基酚為例，大量藥物被服用后會(huì)被肝藥酶直接氧化生成乙酰苯醌亞胺，乙酰苯醌亞胺將破壞拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱα而最終引起肝細(xì)胞大量壞死［22］。同樣，當(dāng)受試藥物被代謝為藥理毒理活性產(chǎn)物并產(chǎn)生明顯組織器官反應(yīng)時(shí)，毒代動(dòng)力學(xué)檢測(cè)將非常有助于揭示藥物毒性產(chǎn)生機(jī)制。如藥物CB1954在臨床試驗(yàn)中顯示具有肝毒性，于是選用CD-1裸鼠和SD大鼠，分別給予以最大耐受量水平的藥物并對(duì)其去硝基代謝產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示代謝物在小鼠肝中濃度高于血漿水平，而大鼠體內(nèi)代謝物只存于肝而未見(jiàn)于血漿中，確證了藥物毒性代謝物與肝毒性的關(guān)聯(lián)性［23］;又如新型抗焦慮藥物PNU-101017在毒性試驗(yàn)中可引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡，通過(guò)檢測(cè)藥物的代謝產(chǎn)物對(duì)其毒性發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了深入探討［24］。

此外由于種屬間差異性，有些藥物在人體內(nèi)可能被代謝為非比例高水平代謝產(chǎn)物，后者需在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中進(jìn)行進(jìn)一步的安全性研究。指導(dǎo)原則［25］規(guī)定，如果臨床研究中發(fā)現(xiàn)的代謝產(chǎn)物未見(jiàn)于測(cè)試動(dòng)物中，或其在測(cè)試動(dòng)物中暴露水平遠(yuǎn)低于人體，則需進(jìn)行進(jìn)一步的動(dòng)物試驗(yàn)以確定該代謝產(chǎn)物的潛在毒性;此時(shí)，應(yīng)首先確認(rèn)一種可形成該代謝產(chǎn)物充分暴露水平(與人體暴露量相當(dāng)或更高)的動(dòng)物種屬，并于該動(dòng)物種屬中研究藥物毒性;若不能確認(rèn)相關(guān)動(dòng)物種屬，則可合成該代謝產(chǎn)物并直接給予動(dòng)物以進(jìn)一步進(jìn)行安全性評(píng)估。因此，待測(cè)代謝產(chǎn)物在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中的充分暴露是該研究的關(guān)鍵，而毒代動(dòng)力學(xué)將非常有助于保證待測(cè)代謝產(chǎn)物的充分暴露，這為藥物代謝產(chǎn)物安全性研究提供了有力支持［25］。

2.6 毒代動(dòng)力學(xué)與臨床研究

藥物研發(fā)是貫穿于非臨床和臨床研究的動(dòng)態(tài)反饋過(guò)程，毒代動(dòng)力學(xué)作為其間的橋梁將兩者更加緊密地聯(lián)系在一起。毒代動(dòng)力學(xué)測(cè)定的血/組織藥物濃度是藥效/毒效的物質(zhì)基礎(chǔ)，如果非臨床研究可以發(fā)現(xiàn)或找到血/組織藥物濃度與毒效或無(wú)毒性反應(yīng)之間的關(guān)系，則可以應(yīng)用血藥濃度這一橋梁在人體試驗(yàn)中通過(guò)藥物劑量-濃度關(guān)系來(lái)保證臨床安全性。如新藥Ⅰ期臨床試驗(yàn)以最大推薦起始劑量作為人體首劑最大安全起始劑量，最大推薦起始劑量首先以非臨床動(dòng)物毒性試驗(yàn)的NOAEL劑量換算為人體等效劑量，然后選擇最低人體等效劑量除以安全系數(shù)(一般為10)而得［26］。毒代動(dòng)力學(xué)可對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物NOAEL水平下藥物暴露進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與人體最大推薦起始劑量下的藥物暴露量進(jìn)行比較，從而輔助確認(rèn)最大推薦起始劑量的合理性并保障受試者的安全［8］。

此外，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中回顧性地開展毒代動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，可對(duì)藥物臨床試驗(yàn)信息進(jìn)行驗(yàn)證和深入研究。如CB1954在臨床試驗(yàn)中顯示具有肝毒性，研究者通過(guò)開展毒代動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，最終確認(rèn)毒性代謝物與肝毒性的關(guān)聯(lián)性［23］;而于代謝產(chǎn)物的安全性研究中開展毒代動(dòng)力學(xué)研究，對(duì)保證受試物充分暴露起到關(guān)鍵作用［25］。

2.7 其他

藥物經(jīng)不同給藥途徑進(jìn)入機(jī)體可能會(huì)具有不同藥物暴露情況，故擬改變給藥途徑的藥物需考慮進(jìn)行毒代動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià);另外已上市藥物合用并作為復(fù)方藥物開發(fā)時(shí)，由于藥物的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可能發(fā)生改變，亦需毒代動(dòng)力學(xué)對(duì)藥物暴露情況進(jìn)行評(píng)價(jià)［8］;而新型藥物輔料近年來(lái)被認(rèn)定為新化學(xué)實(shí)體，必要時(shí)也需進(jìn)行毒代動(dòng)力學(xué)的評(píng)價(jià)［27-28］。

3 展望

高效液相色譜-質(zhì)譜和高效液相色譜-質(zhì)譜-質(zhì)譜等儀器分析方法為毒代動(dòng)力學(xué)檢測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);也正是由于分析方法的進(jìn)步，更加深入地尋找與檢測(cè)毒性代謝產(chǎn)物逐漸被納入毒代動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域中，這將有利于闡明藥物毒性發(fā)生機(jī)制并完善藥物安全性研究。同時(shí)新藥研發(fā)是貫穿于非臨床和臨床研究的動(dòng)態(tài)反饋過(guò)程，毒代動(dòng)力學(xué)作為其間的橋梁將兩者更加緊密地聯(lián)系在一起，而其在藥物代謝產(chǎn)物等藥物相關(guān)物質(zhì)的安全性研究中的作用也將愈加重要?？傊?，毒代動(dòng)力學(xué)日益成為藥物非臨床研究的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)內(nèi)容，相信隨著創(chuàng)新藥物研發(fā)的不斷深入，其必將發(fā)揮更大的作用。

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Progress in nonclinical toxicokinetics in drugs

DU Wu1，2，XU Jia-xing2，ZHANG Juan1，LIU Zhao-hua2，LIU Zhao-ping2
(1.School of Pharmacy，Shandong University，Jinan250012，China;2.Center for New Drug Evaluation of Shandong University，Jinan250012，China)

Toxicokinetics is normally performed as an integral component in nonclinical toxicity studies or as a part in specially designed supportive studies，and it can generate kinetic data at different dose levels for assessment of systemic exposure and providing scientific support evidences for clinical safety issues.Toxicokinetic study has been gradually extended from only explaining toxicity test results to investigate toxic mechanism.It acts as a bridge between nonclinical and clinical studies regarding the drug safety，and becomes more crucial than ever before.Its scope has been further expanded to safety evaluation of drug related substances，such as drug metabolites.This paper reviewed the test procedures and complicating factors of toxicokinetic study，and its roles in new drug development，and a prospect of the further development is also summarized.

pharmacokinetics;toxic actions;evaluation studies

The project supported by National Science and Technology Major Projects(2009ZX09502-001);and National Natural Science Foundation of China(30973934)

LIU Zhao-ping，E-mail:liuzhaoping@sdu.edu.cn，Tel:(0531)88380319

R969.1

A

1000-3002(2012)06-0903-04

10.3867/j.issn.1000-3002.2012.06.022

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(2009ZX09502-001);國(guó)家自然科學(xué)基金(30973934)

杜武(1986-)，男，碩士研究生，主要從事藥物毒理學(xué)研究;劉兆平(1958-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事藥物安全性評(píng)價(jià)研究。

劉兆平，E-mail:liuzhaoping@sdu.edu.cn，Tel:

2011-11-17接受日期:2012-03-21)

(本文編輯:付良青)