藥物毒理學研究

1、 藥物毒理學 是根據藥物的物理化學特性，運用毒理學的原理和方法，對其進行全面系統(tǒng)的安全性評價并闡明其毒性作用機制，以便降低藥物對人類健康危害程度的一門科學。 藥物毒理學的研究目的 在于闡明藥理有害作用出現(xiàn)的模式，機制，劑量時間反應關系等內在的規(guī)律性，以便臨床上安全合理的使用藥物。一、當前國外藥物毒理學研究的發(fā)展趨勢1藥物毒理學研究逐步走向規(guī)范化、標準化2藥物毒理學研究對象從群體轉向個體 患者對藥物反應的個體差異是由于個體在藥物處置過程中的生物大分子，如藥物代謝酶（dmf）、藥物轉運體、藥物靶分子及dna修復酶的遺傳差異及用藥時某些環(huán)境和生理因素各不相同造的。 遺傳藥理學（pharmacogen

2、etics）主要研究藥物毒性反應個體差異形成的原因和機制，用以指導未來藥物合成和臨床應用。其研究重點為藥物毒性反應個體差異的遺傳基礎及與毒性反應易感性相關的生物學標記物。由于患者間在藥物處理過程中存在非常大的遺傳差異，導致藥物在體內的代謝酶、遺傳損傷的修復、甚至藥物的作用靶點也各不相同，最終導致在患者中療效和毒副作用千差萬別。因此在臨床用藥及進行藥物安全性評價時，臨床醫(yī)師及毒理學家所關注的對象也不應為某一群體，而是單個的患者。臨床用藥應向個體化用藥（individualized medicine）的方向發(fā)展。遺傳藥理學家通過藥物毒副反應發(fā)生機制的研究找出其相關的基因型及表現(xiàn)型，并通過生物學標志

3、物篩選出發(fā)生毒副反應的高危人群或個體，供醫(yī)師臨床用藥時參考和決策。3基因技術進入藥物毒理學各個研究領域（1）轉基因動物藥物毒性篩選模型（2）基因點陣芯片技術用于研究藥物所致 的基因表達模式的改變（3）基因敲除技術用于闡明藥物的毒性作 用機制4藥物毒性作用機制研究進一步深化 近年來在細胞周期調控、細胞凋亡、細胞癌變、信號轉導、細胞發(fā)育及分化、細胞粘附和遷移等基本生物學過程中所取得的快速發(fā)展，為藥物毒理學家提供了許多嶄新的研究領域，如shuey等運用5-氟尿嘧啶抑制胸苷酸合成酶導致細胞周期阻滯為中心機制建立了生理性藥代模型，并用于評價其發(fā)育毒性，有效地解決了從動物實驗外推到人時出現(xiàn)不確定性這一難題

4、。5毒代動力學已成為毒理研究中的重要組成部分在毒性評價前進行毒代動力學試驗的優(yōu)點下：（1）有助于確定毒性試驗的毒代動力學概況；（2）有助于選擇合適的投藥劑量、劑型及途徑（3）有助于評價和解釋可能出現(xiàn)的毒性（無作用劑 量/中毒劑量，毒性作用機制）；（4）有助于進行動物和人之間的毒代動力學及毒性比較；（5）有助于在期臨床試驗時推薦用藥起始劑量。6 3rs在藥物毒理學研究中的應用 所謂3rs是在生物醫(yī)學實驗中減少（reduction）、替代(replacement)和優(yōu)化(refinement)使用實驗動物的簡稱。20世紀70年代早期，由于實驗動物使用量增加和動物保護運動的興起，3rs 研究引起了社

5、會各界的極大關注。80年代初，著名生理學家denid smith在對3rs 方面的調查研究基礎上，發(fā)表了動物試驗替代物(altermatives to animal experiment)一書,他在書中對替代物所下的定義被人們廣泛接受。 目前，國際上3rs是毒理學中比較活躍的研究領域，如各種draize眼刺激試驗的替代法；皮膚過敏試驗中用局部淋巴結試驗（local lymph node assay, llna）替代豚鼠bueher試驗；用酵母生長抑制試驗替代動物急性毒性試驗；用全胚胎、胚胎器官體外培養(yǎng)或其它動物（如雞、魚、果蠅、海膽或兩棲動物）的胚胎的體外培養(yǎng)替代致畸性過篩等。替代藥物毒理學主

6、要是在通過結構活性分析得知某類藥物毒性靶器官的情況下，用組織培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、器官灌流、細胞培養(yǎng)等體外試驗技術，評價藥物毒性大小，探索藥物毒性作用機制。二、未來應重點開展的研究領域1、規(guī)范測試，建立我國的glp規(guī)范化、標準化管理體系2、轉變觀念，多環(huán)節(jié)多渠道開展藥物毒理學研究 在新藥的發(fā)現(xiàn)、開發(fā)、評價、審批及后期臨床使用和監(jiān)測等多個環(huán)節(jié)中，藥物毒理學均發(fā)揮積極的指導和規(guī)范作用。我們應徹底轉變將藥物毒理學研究作為新藥開發(fā)和研究的某一環(huán)節(jié)的舊觀念，充分認識藥物毒性和藥理活性之間相輔相成、相互轉化的關系?；粍訛橹鲃?，準確把握藥物毒性作用出現(xiàn)的模式，劑量-時間-反應關系等內在規(guī)律性。在新藥開發(fā)的早期運

7、用高通量體外篩選模型評價某種先導化合物的潛在毒性，并努力運用各種先進的技術手段來加以解決。該領域應重點投入的研究課題為：（1）藥物毒理學資料計算機網數(shù)據庫的建立（2）藥物靶器官毒性作用機制及定量構效關系研究（3）藥物體外替代性毒性篩選模型的建立和運用 急性毒性快速篩選模型 致突變性體外評價模型 致癌性體外評價模型（尤其是體外惡性轉化試驗） 發(fā)育毒性體外評價模型（4）藥物毒理學研究中的3rs的研究和應用3注重機制，加強藥物毒理學的基礎研究 藥物毒理學基礎研究是闡明藥物劑量反應關系，建立體內外毒（藥）理篩選模型和進行藥物毒性評價的前提和首要條件。近期應在藥物一般毒理學研究基礎上，注意研究藥物作用靶

8、器官及其作用機制、細胞凋亡和細胞信號轉導系統(tǒng)在藥物毒性發(fā)生中的作用。遺傳毒理學要著重在細胞、dna水平上研究藥物誘發(fā)體內外突變的過程、模式及機制，突變與癌變發(fā)生的相互關系；在致癌機制方面應重點闡明藥物誘發(fā)癌變與細胞周期的關系，dna甲基化、基因組印跡、異染色體效應等遺傳上位效應在癌變發(fā)生中的作用。該領域應重點投入的課題有：（1）細胞凋亡和細胞信號轉導系統(tǒng)在藥物毒性發(fā)生中的作用（2）藥物作用靶器官及其作用機制研究（3）轉基因動物在藥物毒理學研究中的應用（4）藥物突變、癌變作用機制及藥物突變與癌變作用的相互關系4抓住重點，加強中草藥、生物制品及精神藥物毒性評價方法的研究 未來中草藥毒理學應加強藥物

9、毒性成份的分離、定性；中草藥的生殖、免疫及神經毒性的發(fā)生和機制；胎兒、兒童及老人等中草藥毒性高敏人群中毒性發(fā)生的模式及篩選；各中草藥間毒性相互影響及配伍禁忌等研究。 生物制品種類繁多，特性各異。其毒性評價一般按毒理學基本原則，并根據其自身的理化和生物特點及擬訂的臨床使用病例做個案（case-by-case）處理。生物制品毒性評價中應重點考慮其免疫毒性，包括交叉反應、免疫原性、超敏反應、免疫耐受性的誘導等。未來的研究重點應為：（1）建立免疫指標基礎值；（2）免疫指標改變的毒理學意義；（3）制訂切實可行的免疫毒性評價方案和原則；（4）確定免疫毒性的發(fā)生模式、機制。 近年來，我國精神藥物的身體依賴性

10、問題日益突出，并帶來一系列嚴重的社會問題。這就要求我們一方面做到防患于未然，在精神類新藥中增加精神成癮性評價及對親代、子代行為功能的影響等內容，另一方面加大對藥物心理和身體依賴性發(fā)生機制的研究，探索其出現(xiàn)的頻率、模式及量效關系，從而找出合適的戒除方法。該領域中應重點投入的課題有：（1）中草藥毒性評價模型、方法及某些特殊問題的研究（2）生物制品毒性（尤其是免疫毒性）評價方法的建立和認證（3）精神依賴性藥物誘發(fā)行為致畸的機制研究。5科學評價，重視毒代動力學研究 首先應對我國使用量較大的藥物開展毒代動力學模型的研究，并建立相應的血藥濃度化學分析方法。在此基礎上進行毒代動力學評價的標準化、規(guī)范化研究；

11、確定適當?shù)膭游飻?shù)量、受試物種數(shù)量、生物分析方法和毒代模型。國內有些新藥評價單位已有開展藥物毒代動力學研究的經驗，并具備相應的配套實驗設備及計算機模型擬合軟件；若與新藥毒性評價、新藥開發(fā)研究相結合，相信會提高我國藥物毒理學的整體發(fā)展水平。此外，我國中草藥資源豐富，如何開展某些中草藥活性成份的毒代動力學試驗，建立相應的血藥濃度分析方法并提高分析結果準確度也是一項值得進一步研究的課題。 該領域重點投入的課題為：（1）新藥評價中毒代動力學方法和模型的建立和應用（2）生理性藥代動力學模型的建立及其在藥物毒性風險評價中的應用（3）此外，以下幾個領域是我國藥物毒理學研究中的薄弱環(huán)節(jié)，也應引起足夠的重視。6加

12、強藥物致畸作用機制研究，擴大藥物發(fā)育毒性評價的范圍 近年來發(fā)育生物學發(fā)展迅速，許多參與胚胎發(fā)育和器官形態(tài)發(fā)生的基因、生物大分子陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，類視黃醇、苯妥英鈉及其他重要致畸機制研究中的熱點。在此基礎上，一系列體外藥物或化學物致畸評價篩選模型應運而生，其中器官形成期細胞分化模型，轉基因胚胎干細胞生長分化模型及植入后全胚培養(yǎng)模型，經大范圍實驗室間認證顯示出較好的應用前景。開展發(fā)育毒物對胚胎發(fā)育中重要基因表達的影響、化學致畸藥致氧化性損傷及基發(fā)生機制、致畸物對發(fā)育途徑的影響等研究。7大力開展藥物遺傳藥理學研究 近年來的群體遺傳學研究表明我國各民族在細胞色素p450、谷胱甘肽-s-轉移酶（gst）等藥物

13、代謝酶（dme），某些藥物靶分子，dna損傷修復酶及藥物轉運體等方面存在廣泛的基因多態(tài)性；各民族之間在dme上存在較大差異，并且與西方發(fā)達國家的dme譜也有明顯不同。今后應積極開展環(huán)氧化物羥化酶、相酶等以前未開展的dme的遺傳多態(tài)性研究，同時還應開展mdr p糖蛋白、血清白蛋白及dna修復酶的基因多態(tài)性研究，在打好遺傳藥理學研究的基礎上，進一步探討上述群體間或個體間的遺傳差異與藥物毒性反應、致突變、致癌及致畸潛能的關系。8發(fā)揮藥物毒理學在認識和探索生命現(xiàn)象本質和規(guī)律中的作用 首先，藥物毒理學有助于認識高等動物解毒防御機制的進化規(guī)律。植物藥比合成藥的毒性低、副作用小，這是由于經過長期自然選擇，生

14、物體內進化出一系列對抗植物毒素的代謝解毒系統(tǒng)（如植物毒素解毒酶，cyp450，dna修復酶），以降低其對機體的損害。此外，如妊娠早期帶有染色體異常的嚴重畸形胎兒流產，出現(xiàn)晨吐反應可降低群體中有害基因的遺傳負荷和胎兒對植物毒素的攝入量。相對而言，對合成藥等進化史上新出現(xiàn)的毒物，高等動物的解毒機制還未能進化完善，因而要求藥物毒理學家作出科學的毒性評價。 其次，藥物毒性反應模式、致突變、致畸機制的研究可促進對生長、增殖、發(fā)育和遺傳等生命現(xiàn)象的認識。如類視黃醇致畸機制的研究，證實了視黃醇受體在胚胎發(fā)育過程中的重要作用；通過對多環(huán)芳烴、過氧化小體增殖劑致肝毒、肝癌效應的研究，先后分離并克隆了這兩類毒物的

15、體內受體（ahr, ppars），并闡明了其生理功能。 其三，藥物毒理學的發(fā)展為研究某些細胞受體或蛋白的生物功能提供多種必需的工具藥，如秋水仙堿（微管）、松胞素b（微絲蛋白）、放線菌素d（阻滯dna合成）、放線菌酮（阻斷蛋白質轉譯）、河豚毒素（阻滯na通道）等，從而促進了細胞分子生物學的發(fā)展。毒作用機制的研究毒作用機制的研究 毒物對靶位點（分子）的作用毒物對靶位點（分子）的作用 靶位點學說（靶位點學說（target sent theory） 共價結合學說（共價結合學說（coralcnt bindery theory）n（1）毒物與靶分子的結合作用）毒物與靶分子的結合作用 毒物與靶分子毒物與靶分

16、子以共價和非共價形式結合。非共價結合的能量以共價和非共價形式結合。非共價結合的能量相對較低，這種結合是可逆的。共價結合一般相對較低，這種結合是可逆的。共價結合一般是不可逆的，能永久性地改變內源性分子的結是不可逆的，能永久性地改變內源性分子的結構。故這類反應具有重要的毒理意義。如一氧構。故這類反應具有重要的毒理意義。如一氧化碳、氰化物、硫化物和疊氮化合物與血紅蛋化碳、氰化物、硫化物和疊氮化合物與血紅蛋白中的鐵可以形成共價結合。如圖白中的鐵可以形成共價結合。如圖4-4示：最終示：最終毒物與靶分子的作用是產生毒性的第二步。毒物與靶分子的作用是產生毒性的第二步。n毒物對靶分子的作用，可以引起靶分子的功

17、能毒物對靶分子的作用，可以引起靶分子的功能紊亂和結構破壞。如毒物常作用于蛋白質結構紊亂和結構破壞。如毒物常作用于蛋白質結構的關鍵部位，如巰基基因的關鍵部位，如巰基基因sh。該部位直接參。該部位直接參與蛋白質的催化功能和組裝大分子的功能。很與蛋白質的催化功能和組裝大分子的功能。很多蛋白質的活性受損均起于巰基基團的破壞。多蛋白質的活性受損均起于巰基基團的破壞。各種污染物或其代謝產物通常可與結構蛋白質各種污染物或其代謝產物通?？膳c結構蛋白質或酶的活性中心如半胱氨酸的巰基、絲氨酸的或酶的活性中心如半胱氨酸的巰基、絲氨酸的羥基、精氨酸的胍基、賴氨酸的羥基、精氨酸的胍基、賴氨酸的e-氨基等部位氨基等部位發(fā)

18、生共價結合，最終抑制這些蛋白質的功能。發(fā)生共價結合，最終抑制這些蛋白質的功能。 （2） 毒物與核酸的結合毒物與核酸的結合 核酸（核酸（nucleic acid）是生物信息遺傳物質，可分為）是生物信息遺傳物質，可分為dna和和rna兩大類。污染物不僅可與這些核酸物質發(fā)生共價兩大類。污染物不僅可與這些核酸物質發(fā)生共價結合，還可與核酸的氫鍵結合，或者嵌入堿基對結合，還可與核酸的氫鍵結合，或者嵌入堿基對之間，千萬遺傳信息的錯誤表達。許多終毒物可之間，千萬遺傳信息的錯誤表達。許多終毒物可與核酸中鳥嘌呤的與核酸中鳥嘌呤的n7、c8、o6、nh2，腺嘌，腺嘌呤的呤的n1、n3、nh2，胞嘧啶的，胞嘧啶的n3

19、、nh2等等電子支點發(fā)生共價結合。也可與胸腺嘧啶的電子支點發(fā)生共價結合。也可與胸腺嘧啶的n3、o2、o8、o6，以及尿嘧啶和胞嘧啶的，以及尿嘧啶和胞嘧啶的c6等低電等低電子云點發(fā)生共價結合子云點發(fā)生共價結合 毒物引起的細胞功能障礙毒物引起的細胞功能障礙n 機體協(xié)調細胞的各種活動，是通過每個細胞機體協(xié)調細胞的各種活動，是通過每個細胞執(zhí)行其各自目的的指令或程序而達成的，即細胞執(zhí)行其各自目的的指令或程序而達成的，即細胞是否進入分裂、分化或死亡；細胞是否分泌各種是否進入分裂、分化或死亡；細胞是否分泌各種物質、轉移或代謝營養(yǎng)物質等。外源性毒物能引物質、轉移或代謝營養(yǎng)物質等。外源性毒物能引起細胞調節(jié)失控，

20、如基因表達失控，許多天然化起細胞調節(jié)失控，如基因表達失控，許多天然化合物如激素、維生素等通過與轉錄因子結合而激合物如激素、維生素等通過與轉錄因子結合而激活或影響基因的正常表達。信號傳遞失調，包括活或影響基因的正常表達。信號傳遞失調，包括蛋白質磷酸化或支磷酸化反應，都會改變由轉錄蛋白質磷酸化或支磷酸化反應，都會改變由轉錄因子調節(jié)的基因表達。細胞穩(wěn)定失調引起的毒性，因子調節(jié)的基因表達。細胞穩(wěn)定失調引起的毒性，如細胞穩(wěn)態(tài)的破壞如細胞穩(wěn)態(tài)的破壞atp合成的損傷；細胞內合成的損傷；細胞內ca2+濃度的升高都對細胞有損害作用，是影響濃度的升高都對細胞有損害作用，是影響細胞結構和功能而導致死亡的常見機制。細胞結構和功能而導致死亡的常見機制。 細胞內鈣離子濃度升高：通過主動細胞內鈣離子濃度升高：通過主動運輸將鈣離子泵出細胞外，或隔離在內運輸將鈣離子泵出細胞外，或隔離在內質網膜和線粒體內。毒性化學物通過激