通路相關(guān)不確定系數(shù)在化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評定中的應(yīng)用

龍?jiān)俸?馬中春 陳小青

(寧波出入境檢驗(yàn)檢疫局 浙江寧波 315012)

1 前言

對外源化合物風(fēng)險(xiǎn)評定的重要目的是獲得化合物的無顯著健康危害的人體暴露水平?；衔镲L(fēng)險(xiǎn)評定方法取決于化合物的毒性效應(yīng)，而毒性效應(yīng)有非閾值效應(yīng)和閾值效應(yīng)。前者主要是通過劑量－反應(yīng)關(guān)系，結(jié)合低劑量外推來定量評估暴露水平的人體健康危險(xiǎn);后者則是依據(jù)動(dòng)物或人體試驗(yàn)中獲得閾值(不出現(xiàn)健康危害的劑量)，然后除以不確定/安全系數(shù)(UF)得到安全限量值。

2 不確定系數(shù)

最早引入U(xiǎn)F概念的是美國FDA，它最初被用于確定食品添加劑和環(huán)境污染物的法定限量。Lehman和Fitzhugh(1954)最早提出UF概念，并建議將100倍作為缺省UF。一般認(rèn)為不確定性主要來源有：從動(dòng)物外推到人類之間物種間差異;人群內(nèi)部的個(gè)體間差異。100倍UF可分為2個(gè)獨(dú)立的10倍系數(shù)，分別用于表示物種間變異和個(gè)體間變異程度。每個(gè)10倍系數(shù)又可進(jìn)一步細(xì)分為毒代學(xué)和毒效學(xué)變異，100.6(4)和 100.4(2.5)值分別代表物種間毒代學(xué)和毒效學(xué)差異，2個(gè)相同100.5(3.16)值代表個(gè)體間毒代學(xué)和毒效學(xué)上差異［1］。除了缺省系數(shù)外，UF還有通路相關(guān)不確定系數(shù)(PRUF)和化學(xué)特異性調(diào)節(jié)因子(CSAF)［2］。使用CSAF時(shí)需要化合物詳盡的化學(xué)特異性毒代學(xué)和毒效學(xué)數(shù)據(jù)，但這類數(shù)據(jù)很少;但如果知道化合物的代謝通路時(shí)，則可使用PRUF作為缺省系數(shù)和CSAF間中間選擇。

3 外源化合物的代謝通路

外源化合物體內(nèi)代謝和消除過程包括I相反應(yīng)、II相反應(yīng)和腎臟排泄。I相反應(yīng)包括氧化、還原和水解反應(yīng)。II相反應(yīng)主要是結(jié)合反應(yīng)，包括葡糖醛酸結(jié)合、硫酸結(jié)合、甘氨酸結(jié)合、N－乙?；?NAT)、甲基化?；衔锎x主要通過代謝酶來實(shí)現(xiàn)，其中參與 I相反應(yīng)代謝酶主要有 CYP1A2、CYP2A6、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1、CYP3A4、ADH 和 Hydrolysis。研究認(rèn)為 CYP1A2、CYP2A6、CYP2E1、CYP3A4、乙醇脫氫酶、水解、葡萄糖醛酸結(jié)合、硫酸結(jié)合和甘氨酸結(jié)合等代謝消除途徑被認(rèn)為是單態(tài)性通路;而 CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6和NAT被認(rèn)為是多態(tài)性通路。代謝酶遺傳多態(tài)性差異會(huì)使攜帶該酶多態(tài)性基因的個(gè)體由于酶表達(dá)數(shù)量、功能改變，從而導(dǎo)致人群中有少部分個(gè)體或表現(xiàn)出對外源化合物的代謝能力速率減慢，被稱為慢代謝型(Poor Metabolizer，PM);或表現(xiàn)出代謝能力速率提高，被稱為快代謝型(Extensive Metabolizer，EM)。

根據(jù)Renwick等對藥物代謝數(shù)據(jù)的研究認(rèn)為：缺省代謝系數(shù)(3.16)不能覆蓋多態(tài)性通路的人體變異以及健康成年人和新生兒之間的差異。Dorne［1，3］等依據(jù)外源化合物在人體內(nèi)代謝通路的類型，制定出覆蓋不同人群/人群百分位的不確定系數(shù)，即 PRUF。

4 單態(tài)性代謝通路

健康成人單態(tài)性代謝通路研究表明，除了CYP3A4變異范圍為46%，其他單態(tài)性代謝通路包括 CYP1A2、CYP2E1、ADH、水解、葡糖醛酸結(jié)合、甘氨酸結(jié)合、磺酸結(jié)合以及腎臟排泄個(gè)體間代謝變異范圍為21% －32%［4－12］。根據(jù)健康成人單態(tài)性代謝通路的變異程度計(jì)算出相應(yīng)代謝通路PRUF(見表1)均低于 3.16，其中除了 CYP3A4 為 2.7，其他單態(tài)性代謝通路 PRUF為1.6－2.2(本文中PRUF均為覆蓋所在人群第99百分位)。這表明當(dāng)健康成人暴露化合物屬于單態(tài)性代謝時(shí)，缺省代謝系數(shù)在確保安全性方面是非常保守。

表1 單態(tài)性代謝通路的PRUF

在老年人單態(tài)性代謝通路中，除了CYP3A4和腎臟排泄分別為 4.9 和 4.2 外［8，10，11］，其他大多數(shù)單態(tài)性代謝通路PRUF都低于3.16。造成老年人與成年人在單態(tài)性代謝上變異原因主要是由于年齡因素影響肝臟和腎臟功能。

在種族/民族單態(tài)性代謝通路中，大多數(shù)單態(tài)性代謝通路的 PRUF均低于3.16，但代謝途徑CYP3A4 和水解除外［8，10］，其中 CYP3A4 在非洲人(3.8)、南亞人(4.8)和墨西哥人(7.5);水解途徑在亞洲人的PRUF為3.9。

新生兒雖然占人群比例不高，但新生兒階段是每個(gè)人必經(jīng)生命階段，因此了解其代謝通路是非常重要。但新生兒化合物的代謝數(shù)據(jù)非常少，目前只對單態(tài)性通路CYP1A2、CYP3A4、葡糖醛酸結(jié)合、甘氨酸結(jié)合和腎臟排泄的不確定系數(shù)進(jìn)行研究。研究表明這5種代謝通路新生兒PRUF都超過了3.16，分別為 14、12、12、28 和 3.4。推測認(rèn)為新生兒PRUF系數(shù)高原因是因?yàn)樾律鷥后w內(nèi)代謝酶多數(shù)未成熟，導(dǎo)致代謝功能缺陷［5，6，8，10，11］。

5 多態(tài)性代謝通路

健康成人4種多態(tài)性代謝通路 CYP2D6、CYP2C9、CYP2C19和NA個(gè)體間變異性與UF關(guān)系研究表明：多態(tài)性通路PRUF(見表2)多數(shù)都大于3.16，這說明缺省代謝系數(shù)不能充分確保暴露于多態(tài)性通路代謝化合物的健康成人的安全。

表2 多態(tài)性代謝通路的PRUF

多態(tài)性代謝通路會(huì)導(dǎo)致人群對同一種化合物的代謝能力發(fā)生較大變異，出現(xiàn)少數(shù)代謝能力/速率增強(qiáng)個(gè)體(稱為EM或FA)或減弱個(gè)體(稱為PM或SA)。因此，如果要覆蓋PM(代謝通路CYP2D6和CYP2C19)和SA(代謝通路NAT)人群，則代謝通路CYP2D6、CYP2C19和 NAT PRUF分別為 26、52和5.2。研究發(fā)現(xiàn)EM人群通過通路 CYP2D6或CYP2C19對化合物的代謝程度與代謝通路PRUF之間存在指數(shù)關(guān)系，因此如果缺省代謝系數(shù)3.16要確保暴露于通過CYP2D6或CYP2C19代謝的化合物的PM人群安全性，則化合物在EM個(gè)體中被CYP2D6或CYP2C19代謝程度不超過25%。在代謝通路CYP2C9中，只有PM中CYP2C9*3/*3表型的 PFUF(6.5)超過 3.16［7，9，10］，這與人群中代謝酶表型頻率差異相關(guān)。

不同人群中代謝酶表型分布有明顯的種族或地域差異，這是缺省代謝系數(shù)3.16不能覆蓋多態(tài)性代謝通路大多數(shù)種族間代謝差異的主要原因。對于代謝通路CYP2D6，亞洲健康成人EM個(gè)體清除率高于一般健康成人EM個(gè)體，PM個(gè)體清除率與一般健康成人非表型個(gè)體(NP)之間無差異，因此對于代謝通路CYP2D6，亞洲EM和PM個(gè)體PRUF都低于3.16［7］。與 CYP2D6 代謝相反，對于代謝通路CYP2C19，亞洲健康成人EM個(gè)體高于一般健康成人EM個(gè)體，亞洲人出現(xiàn)PM頻率(14% －21%)高于白種人(3%)，并且一般健康成人EM和PM之間內(nèi)劑量差異高于亞洲人，因此一般健康成人PM個(gè)體PRUF高于亞洲成人PM。在亞洲健康成年人也發(fā)現(xiàn)：EM個(gè)體通過代謝通路CYP2C19對化合物的代謝程度與UF之間有指數(shù)關(guān)系［9］。依據(jù)上述關(guān)系，假設(shè)缺省代謝系數(shù)3.16能覆蓋亞洲PM個(gè)體，則PM個(gè)體暴露化合物應(yīng)具備被EM個(gè)體通過CYP2C19代謝程度為15% －20%的特性。對于能被EM個(gè)體通過CYP2C19代謝比超過60%或以上的化合物，亞洲PM個(gè)體相應(yīng)代謝通路PRUF為28，低于一般健康成人PM的PRUF(52)。

老年人與一般健康成人在多態(tài)性代謝通路的毒代學(xué)差異主要是年齡因素導(dǎo)致的肝功能降低。對于老年人，代謝通路 CYP2D6(NP)、CYP2C19(NP)和 NAT(SA)的 PRUF 分別為 8.4、4.3 和7.6［7，9］。目前還沒有老年 PM 個(gè)體數(shù)據(jù)，但是考慮到老年人細(xì)胞色素P450酶活性降低，預(yù)計(jì)老年P(guān)M個(gè)體比一般健康成年P(guān)M的清除率低。

關(guān)于新生兒多態(tài)性代謝通路，目前只有代謝通路CYP2D6研究，而且只有2個(gè)新生兒PM個(gè)體代謝數(shù)據(jù)：新生兒表現(xiàn)出很高的內(nèi)劑量(分別為成年人19和33倍)［7］。因此如果暴露于通過CYP2D6代謝的化合物，新生兒將是最敏感的人群。

兒童的多態(tài)性代謝通路研究表明：代謝通路CYP2D6和 CYP2C19的 PRUF都大于 3.16，通路NAT的PRUF小于3.16。與成人比較，兒童在通路CYP2D6毒代學(xué)上表現(xiàn)出非常高的內(nèi)劑量和變異性(4倍和140%)，因此兒童通路CYP2D6的PRUF需要 45 才能確保安全［7，9］。

6 應(yīng)用PRUF時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)要知道化合物的體內(nèi)主要代謝通路包括體內(nèi)代謝數(shù)據(jù)和代謝酶/特異性同工酶。前者可在低劑量或痕量暴露水平下通過人體試驗(yàn)獲得;后者可通過體外試驗(yàn)如肝微粒體酶、異源性表達(dá)酶和/或酶抑制劑來獲得。也可以使用體外數(shù)據(jù)結(jié)合人體生理數(shù)據(jù)通過生理藥物代謝動(dòng)力學(xué)(PBPK)模型來預(yù)測［13－16］。

(2)要明確化合物具體代謝通路和代謝的毒理學(xué)后果。不同代謝通路所對應(yīng)的不確定系數(shù)不同。對于單態(tài)性通路，缺省代謝系數(shù)3.16足夠保守，能覆蓋一般健康成人;但對于多態(tài)性通路(CYP2D6、CYP2C19和NAT)，缺省代謝系數(shù)3.16不能充分覆蓋一般健康成人。同時(shí)明確代謝毒理學(xué)意義非常重要，風(fēng)險(xiǎn)人群取決于代謝毒理學(xué)后果。如果母體化合物是近似毒物，則PM和SA個(gè)體則是高風(fēng)險(xiǎn)人群;相反，如果代謝產(chǎn)物是近似毒物，則EM和FA則是高風(fēng)險(xiǎn)人群。

(3)要確定被評估化合物所覆蓋的人群類別(一般健康成人、老年人、兒童、新生兒或不同種族)。代謝通路在不同人群中PRUF不同，尤其要注意單態(tài)性通路 CYP3A4和多態(tài)性通路 CYP2D6、CYP2C19，這些代謝通路在多個(gè)人群/種族中PRUF大于3.16。此外要特別關(guān)注新生兒群體，它可能是所有人群中對外源化合物最敏感的群體。

(4)PRUF有不同人群百分位值(95th、97.5th和99th)，風(fēng)險(xiǎn)評估者應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，確保能既能充分但又合理保護(hù)暴露人群［17－18］。例如，對于多態(tài)性代謝的化合物，如果我們要求選擇的PRUF覆蓋PM第99百分位，并且PM占全部人口的1%，則風(fēng)險(xiǎn)評估覆蓋了全部人口的99.99%，這樣會(huì)導(dǎo)致過于苛刻的風(fēng)險(xiǎn)管理;但如果選擇UF覆蓋全部人口第99百分位，則剩下1%是PM，但PM個(gè)體需要限量值與第99百分位估計(jì)限量值可相差到一個(gè)數(shù)量級。

7 小結(jié)

在對化學(xué)品進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)，如果事先明確化合物代謝通路的類型，使用PRUF能減少化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評定中不確定性，不僅能充分確保暴露人群的安全性，還能為風(fēng)險(xiǎn)評估者提供針對不同人群類別和人群百分比的相對精確UF。

［1］Dorne J L，Renwick A G.The refinement of uncertainty/safety factors in risk assessment by the incorporation of data on toxicokinetic variability in humans［J］.Toxicology Sciences，2005，86(1)：20 －26.

［2］WHO.International programme on chemical safety：chemicalspecific adjustment factors for interspecies differences and human variability guidance document for use of data in dose/concentration response assessment［J］. World Health Organization，Geneva，2005.

［3］Dorne J L，Amzal B.Meta－analysis of human toxicokinetic data：an innovative Bayesian approach and its application in human risk assessment［J］.Toxicology letters，2008，180(s)：89 －90.

［4］Dorne J L.Impact of inter－individual differences in drug metabolism and pharmacokinetics on safety evaluation［J］.Fundam Clin Pharmacol，2004，18：609 －620.

［5］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Human variability in gulcuronidation in relation to uncertainty factors for risk assessment［J］.Food and chemical toxicology，2001，39：1153 －1173.

［6］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Uncertainty factors for chemical risk assessment.Human variability in the pharmacokinetic of CYP1A2 probe substrates［J］.Food and chemical toxicology，2001，39：681 －696.

［7］Dorne J L，Walkon K，Slob W，et al.Human variability in polymorphic CYP2D6 metabolism：is the kinetic default uncertainty factor adequate［J］Food and chemical toxicology，2002，40：1633－1656.

［8］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Human variability in CYP3A4 metabolism and CYP3A4－related uncertainty factors for risk assessment［J］.Food and chemical toxicology，2003，41：201－224.

［9］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Polymorphic CYP2C19 and N－acetylation：human variability in kinetics and pathway－related uncertainty factors［J］.Food and chemical toxicology，2003，41：225 －245.

［10］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Human variability for metabolic pathway with limited data(CYP2A6，CYP2C9，CYP2E1，ADH，esterases，glycine dand sulphate conjugation) ［J］.Food and chemical toxicology，2004，42：397 －421.

［11］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Human variability in the renal elimination of foreigh compounds and renal excretion－related uncertainty factors for risk assessment［J］.Food and chemical toxicology，2004，42：275 －298.

［12］Dorne J L.Human variability in hepatic and renal elimination：implication for risk assessment［J］.J.Appl.Toxicol，2007，27：411－420.

［13］Dorne J L，Skinner L，F(xiàn)rampton G K，et al.Human and environmental risk assessment of pharmaceuticals：differences，similarities，lessons from toxicology［J］.Anal.Bioanal.Chem，2007，387：1259 －1268.

［14］Dorne J L，Papadopoulos A.Do uncertainty factors take into account toxicokinetic interations?Conclusions and recommendations from the sixth framework project Nomiracle［J］.Toxicology letters，2008，180：s90.

［15］Dorne J L，Bordajandi L R，Amzal B，et al.Combining analytical techniques，exposure assessment and biological effects for risk assessment of chemical in food［J］.Trac－ trend Anal Chem，2009，28：695 －707.

［16］Dorne J L，Walkon K，Renwick A G.Human variability in xenobiotic metabolism and pathway－related uncertainty factors for chemical risk assessment：a review［J］.Food and chemical toxicology，2005，43：203 －216.

［17］Dorne J L.Metabolism，variability and risk assessment［J］.Toxicology，2010，268：156 －164.

［18］Ginsberg G，Hattis D，Sonawane B.Incorporating pharmacokinetic differences between children and adults in assessing childrens risks to environmental toxicants［J］.Toxicology and Applied Pharmacology，2004，198：164 －183.