ICH制定毒代动力学研究指导原则的科学背景

审评五部 王海学 彭健

    1994年10月27日，在ICH（International Conference of Harmonisation）第4阶段的协调会议上，毒代动力学研究指导原则被欧盟、日本和美国的行政管理部门采纳。该指导原则的形成，使我们对毒代动力学的定义、研究意义、研究内容、研究方法及其在新药研究中的地位等有了全球统一的认识。目前，国外新药的非临床安全性评价中已常规要求毒代动力学的研究和评价。在此，本文就该指导原则起草的一些科学背景知识进行简单介绍，希望我国新药研究者能够逐步重视毒代动力学的研究，真正理解和认识其在新药安全性评价中的意义。

    1. 毒代动力学的定义
    ICH在毒代动力学指导原则的讨论中，对其定义进行了如下描述：毒代动力学是药代动力学在全身暴露评价中的延伸，为非临床毒性研究的一个组成部分，或为某一特殊设计的补充研究。研究结果可用于阐明毒理学发现及其与临床安全性的关系。
    何谓“为非临床毒性研究的一个组成部分”？这句话的意思是一个新化合物该如何进行特殊的毒性研究。我们不仅要关注低剂量下的非临床药代动力学和代谢研究，还要关注毒性试验（多为较高剂量下）中的动力学研究。毒代动力学应该是毒性研究的一个组成部分，获得的信息可用于解释或评价毒性试验结果，或有助于设计进一步的调查研究。

    2. 毒代动力学研究的目的和意义
    通常，药理作用与起效部位药物浓度的相关性较用药剂量好。同样，药物的毒理学反应与特定毒性靶器官或组织的药物浓度相关性较好。直接测定毒性靶部位的药物浓度可能有一定难度，但如果靶部位是高渗透性的，该部位的药物浓度应该与血液中的药物呈动态平衡和一定的比率，我们可以采用测定血浆中的药物浓度。毒代动力学研究指导原则描述了毒代动力学研究的意义和应用，并提供了毒代动力学研究的试验策略。此外，它有助于建立动物毒代动力学与人体药代动力学资料的内在联系。 
    药物的安全范围一般以动物非毒性剂量（NOEL）与临床人用剂量的比率来估计。如果药物的安全范围很窄，这个药物可能被终止研究。传统上这种以动物给药剂量mg/kg换算得出的人体用药剂量的计算方法具有一定的局限性，如毒性反应的产生可能是因为药物在动物体内转化生成毒性代谢物，但在人体中却不会形成毒性代谢物。毒代动力学研究有助于发现药物毒性产生的机制，也有助于评价药物在不同种属、性别、年龄、身体状态如疾病或怀孕的毒性反应。
    在非临床安全性评价早期阶段进行单剂量或短期剂量探索试验的毒代动力学研究，可为后续的重复剂量和其它毒性试验提供十分有价值的信息。毒代动力学提供了大剂量给药后毒性反应的标准，用于推断药物的安全范围。此外，毒代动力学可引导出新的试验策略，如FDA建议采用高剂量进行致癌性试验的策略。
    毒代动力学已成为药物安全性评价的一个重要组成部分，与非临床药代动力学、药物代谢、重复给药毒性试验等一起成为新药安全性评价的标准组合。
    根据以上讨论，毒代动力学研究的研究目的有：1）描述毒性试验中药物的全身暴露和剂量与时间的关系。2）描述重复给药的暴露延长对代谢过程的影响，包括对代谢酶的影响（如药物代谢酶的诱导或抑制）。3）解释药物在毒性试验中的毒理学发现或改变。4）评价药物在不同种属、性别、年龄、身体状态如疾病或怀孕的毒性反应，支持非临床毒性研究的动物种属选择和用药方案。5）分析动物毒性表现对临床安全性评价的价值，如药物蓄积引起的肝毒性或肾脏损害，可为后续安全性评价提供信息。

    3. 毒代动力学研究需要关注的几个问题
    3.1. 毒代动力学研究的参数
    毒代动力学通过测定合适时间点样品浓度来求算动力学参数，多数是测定血浆或血清中母体药物或代谢物的浓度。有些情况下，需要测定组织中的药物浓度，这需要具体问题具体分析。
    血浆AUC，Cmax，Ctime是毒代动力学研究中的常用暴露参数。毒性试验中可进行毒代动力学监测或特征（ monitoring and profiling）的研究。监测和特征的定义为：
    监测：在给药间隔取较少次的血浆样品(1－3次)用以估算Ctime或Cmax。毒代动力学研究中常在给药的开始和结束时取样。慢性毒性研究可能需要其它的监测。
    特征：在用药间隔取较多次的血浆样品（4－6次）用以估算Ctime或Cmax和血药浓度－时间曲线下面积（AUC）。
需要说明的是：1)毒代动力学主要评价药物给药后的全身暴露。若药物以其代谢物产生毒性反应时，有必要评价代谢物的暴露。2）毒代动力学研究指导原则与其它安全性评价的指导性原则有密切关系，应注意它与其它遗传毒性、致癌性和生殖毒性试验指导原则的一致性。3)毒代动力学研究需要遵循GLP原则。

    3.2. 如何提供适当的暴露
    重复剂量毒性试验的用药剂量选择要根据毒理学发现和受试物的药理反应。在毒代动力学研究中，用药剂量可参考人体用药或拟定用药的暴露量与剂量的关系来确定动物毒性试验的用药剂量，应考虑种属间存在差异的因素。
    低剂量时，毒性试验的暴露量应超过药物药效或人体治疗常规剂量时的暴露量，低剂量的选择可以根据人体治疗剂量来计算。
    中等剂量的暴露量应该是低剂量时的合适倍数或高剂量的合适分数。
    高剂量为达到毒理学反应的最大暴露，应该评估高剂量水平下药物及其代谢物的暴露程度。
    当吸收过程限制了化合物或其代谢物的暴露水平时，达到最大暴露的最小剂量可认为是高剂量。
    当增加剂量导致非线性动力学时，要关注毒性试验中的毒理学反应。但非线性动力学并不意味着剂量不可以递增或毒性反应的无效。
    在毒性研究中，应该采用合适的动物数和剂量组数来对全身暴露进行估计。一般来说，没有必要对对照组的样品进行分析，除非有理由认为它对解释毒理学发现有重要意义。对暴露监测和特征描述的次数可根据具体情况适当延长或缩短。若能够满足解释毒理学发现，可仅从每个试验组中的个别动物采集样品。 

    3.3. 毒代动力学研究的样品采集时间
    毒性试验中进行毒代动力学研究可尽量多的采集样品，但不能干扰正常进行的研究并引起动物过度的生理应激反应。
    在主研究中应该考虑样品是从所有的试验动物（或对照组）采集，还是从一定代表性的亚组动物来采集。
    在每一项研究中，应保证采集药品的时间点数能够反映暴露量。应当从早期的毒代动力学研究资料、剂量－反应研究、同种动物模型的独立研究等来确定采样的时间点数。对支持性研究也需要采取相似的考虑。

    3.4. 伴随毒代动力学研究
    毒代动力学研究通常可在毒性研究中进行，因此在ICH毒代动力学指导原则讨论稿的第6次会议上它被称作为伴随毒代动力学。伴随毒代动力学的意思就是这项研究可在毒性研究中开展，可在所有的动物或有代表性的亚组或卫星组动物中进行，但这些毒性试验研究必须遵守GLP原则。
    毒代动力学研究要注意减少资源的浪费。由于毒代动力学研究需要花费大量的资源，因此我们在满足科学需要的情况下尽量减少资源的需求。伴随毒代动力学研究可以避免重复的毒代动力学研究，也就是说我们需要从毒性试验中最大限度的获取信息。

    3.5. 毒代动力学与药代动力学的关系
    毒代动力学的研究剂量通常高于药理剂量或人体用药剂量。我们很难区分药代动力学和毒代动力学的不同，因为他们本是密切联系的。药代动力学研究研究的是无毒性反应动力学特征，而毒代动力学研究的是毒性反应的毒理学特征，可引起不可逆的严重的疾病，甚至死亡。
    毒代动力学研究关注的是毒性剂量下药物在体内处置的时间过程。对新药开发而言，这种研究是鼓励进行的，有时甚至是强制性的。毒性剂量有时要高于药效剂量几个数量级，而药理学剂量的药物处置通常符合线性动力学。
    母体药物及其代谢物的动力学在体内通常被认为是未饱和的，这依赖于体内的药物浓度。药物在药理剂量的动力学特征（药代动力学）多是这样的，但毒性剂量时动力学特征（毒代动力学）可能发生改变。在毒性研究剂量时，药物在各系统的处置可能是过饱和的，因此说现代毒代动力学与传统的药代动力学是不同的。毒性反应的研究可采用传统的药代动力学方法研究，但有些情况下，如致癌性试验，必须采用不可逆的药代动力学方法。虽然毒代动力学被看作是药代动力学的延伸，但我们必须认识到药物在高剂量时动力学特征可能会改变。
    毒代动力学研究的重点在于解释毒理学发现，而不是对化合物的药代动力学参数进行描述。
 
    3.6. 毒代动力学与其它毒性试验的关系
    毒代动力学研究在不同毒性试验中的关注重点不同。1) 对单剂量和重复剂量的毒性试验而言，毒代动力学研究的目的是获知毒性反应的最大暴露，并确定暴露量和给药剂量与时间的关系。2) 对遗传毒性研究而言，毒代动力学研究的目的是确定阴性试验结果时的体内暴露量。3) 对于致癌性试验研究而言，毒代动力学研究是评估更长时间用药引起的毒性反应与暴露量的关系。但指导原则指出，全身暴露的评价一般不超过12个月。4) 对生殖毒性试验而言，毒代动力学研究的目的是确定母体动物对胎儿的毒性暴露（如透过胎盘屏障的药物暴露量）。
    由于毒代动力学研究是在毒性试验中进行的，而毒性试验需要遵循GLP，因此毒代动力学研究自然要遵循GLP的要求。

    4. 对毒代动力学研究指导原则的全面理解
    传统方法是用剂量水平来解释毒理学发现，用临床前动物的无毒剂量与临床人体用药剂量的比率来判断用药的安全范围。现在看来，这种研究方法存在缺陷，它没有考虑受试物的毒性表现与暴露量的关系，且后者的相关性更科学更合理。
    毒代动力学研究目的是获知受试物在不同毒性试验的用药间期和不同剂量水平下动物全身暴露的速率、程度和持续时间，同时提供受试化合物在人体暴露时可参考的安全性信息。另外，它可以探索受试物重复给药时的动力学、药理学、生化反应和毒理学反应的变化。
    毒代动力学有助于设计毒性试验，如剂量、给药途径、给药方法和动物种属选择等。更重要的是，它对解释毒性试验中的毒性反应提供重要信息。因此毒代动力学研究有助于深入评价药物的安全性，成为非临床安全性评价的一项重要研究技术。
    对新化合物进行风险评估的挑战性来自用动物试验结果外推至人体时安全性评价的可靠性和合理性。毒代动力学以暴露量为指标的研究方法可以使这种外推更可靠和更有临床价值。
    毒代动力学对传统毒性试验的深入研究，它有助于药物研究部门和管理部门对安全性问题的风险评估。

    结 语
    用动物试验的毒性资料信息外推至人体安全性时会具有一定的偏差。因为动物与人体对药物的反应不尽相同，如免疫毒性和神经毒性。毒代动力学研究有助于减少这种外推的误差，有助于通过暴露量、监测和特征的研究来解释毒理学发现。
ICH专家工作组起草毒代动力学研究指导原则，是希望非临床安全性评价更科学更有价值。我们相信毒代动力学研究会促进新药的安全性评价工作。但是，我们不能将该指导原则变成管理部门和制药企业进行药物研究开发的清单，这不是我们工作组的目的，我们每一个人都应该杜绝这种现象的发生。这个指导原则目的是让我们思考，而不是模仿。只有这样，我们才会达到ICH制定该指导原则的目的，更科学的评价新药的安全性和有效性。

参考文献（略）