發(fā)展毒理學(xué)的研究進(jìn)展

侯 亮 綜述 劉 旭 審校

（昆明醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究中心，云南 昆明 650031）

毒理學(xué)是研究外源性化合物及物理和生物因素對生物有機(jī)體的有害作用及其作用機(jī)理，預(yù)測其對人體和生態(tài)環(huán)境的危害，為確定安全限值和采取防治措施提供科學(xué)依據(jù)的一門學(xué)科。自上世紀(jì)90年代通過藥代動力學(xué)和藥物代謝的優(yōu)化改進(jìn)藥物的吸收和生物利用度之后，藥物的毒性因素已成為新藥研發(fā)失敗或撤市的主要原因之一，如替馬沙星引起的溶血性貧血和腎衰，調(diào)脂西藥立伐他汀所產(chǎn)生的橫紋肌溶解，非甾體抗炎藥羅非昔布所導(dǎo)致的心臟病和卒中等[1]。由此可見傳統(tǒng)毒理學(xué)已不適于現(xiàn)代毒理學(xué)的需要，1993年一門新的藥物毒理學(xué)分支發(fā)現(xiàn)毒理學(xué)(discovery toxicology)隨之誕生[2]。它是指在創(chuàng)新藥物的研發(fā)早期，對所合成的系列新化合物實體(New Chemical Entities,NCEs)進(jìn)行毒性篩選，以發(fā)現(xiàn)和淘汰因毒性問題而不適于繼續(xù)研發(fā)的化合物，指導(dǎo)合成更安全的同類化合物。研究思路是將藥物毒性優(yōu)化篩選和評價貫穿于新藥發(fā)現(xiàn)、臨床前安全性評價和臨床安全性評價的整個過程中，以達(dá)到加快藥物研發(fā)進(jìn)程、降低藥物研發(fā)費(fèi)用、提高研發(fā)成功率的目的。

發(fā)展毒理學(xué)產(chǎn)生背景

一、藥物毒性發(fā)生的原因

藥物進(jìn)入人體內(nèi)在酶的作用下通過I相和II相生物轉(zhuǎn)化使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有些藥物在體內(nèi)會轉(zhuǎn)化對人體有利的具有活性的代謝物，而有些藥物代謝后的活性產(chǎn)物和中間體與靶蛋白生成的加成物可干擾被修飾蛋白的生理功能或通過免疫介導(dǎo)功能轉(zhuǎn)化為毒副作用較強(qiáng)的帶有毒性基團(tuán)的代謝物。有些藥物如肝藥酶抑制劑則能抑制或減弱肝藥酶P450的活性[3]，可使合用的藥物代謝減慢，降低其排泄速度，使毒性增加，如氯霉素、異煙肼等。而以細(xì)胞信號傳導(dǎo)為藥靶的阻制劑或激動劑可能會影響與信號通路相關(guān)的正常生物學(xué)作用而產(chǎn)生不良反應(yīng)ADR[4]，如抑制巨噬細(xì)胞激活則會導(dǎo)致感染。年齡、性別、種族和疾病狀態(tài)等因素在特定條件下也與藥物的毒性相關(guān)，日本人和愛斯基摩人有不少是快乙?；?，使用異煙肼易產(chǎn)生肝損害。而英國人和猶太人中慢乙酞化者達(dá)60%～70%，這些人使用異煙肼易產(chǎn)生周圍神經(jīng)炎。

二、藥物的毒性篩選

從早期的神農(nóng)嘗百草到如今的發(fā)展毒理學(xué)，人類對藥物的篩選經(jīng)過了漫長的歷史過程。傳統(tǒng)方法是將大量新化合物實體NCEs通過對動物的體內(nèi)和體外實驗進(jìn)行初篩，體內(nèi)通常在整體動物進(jìn)行，使實驗動物在一定時間內(nèi)，按人體實際接觸方式接觸一定劑量的受試外來化合物，然后觀察動物可能出現(xiàn)的形態(tài)或功能變化。體外實驗大多利用游離器官、原代培養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)胞系和細(xì)胞器等進(jìn)行。利用器官灌流學(xué)技術(shù)可對肝臟、腎臟、肺和腦等進(jìn)行灌流，借此可使離體臟器在一定時間內(nèi)保持生活狀態(tài)，與受試外來化合物接觸，觀察臟器出現(xiàn)的形態(tài)和功能變化，同時還可觀察受試物在臟器中的代謝情況，這種實驗方法具有高度的性和選擇性，但實驗周期長，費(fèi)用昂貴。隨著分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等理論和方法應(yīng)用毒理學(xué)的研究，研究過程和實驗操作逐步走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；逐步采用體外篩選評價模型代替整體動物實驗；研究對象從患者群體轉(zhuǎn)向個體；基因技術(shù)全面進(jìn)入藥物毒理學(xué)各個研究領(lǐng)域；利用毒代動力學(xué)和其他分子細(xì)胞生物學(xué)新的概念和方法研究藥物毒性作用機(jī)制或進(jìn)行藥物毒性的風(fēng)險評價。

研究方法

一、研究對象的轉(zhuǎn)變

近年隨著實驗動物使用的4Rs原則(減少、替代、優(yōu)化和可靠)的倡導(dǎo)與實施，組織學(xué)、胚胎學(xué)、細(xì)胞學(xué)或計算機(jī)等方法取代整體動物實驗，以低等動物取代高等級動物等[5]。替代方法中采用離體細(xì)胞和培養(yǎng)的組織，完全脫離了整體穩(wěn)態(tài)和內(nèi)分泌調(diào)控，在投藥的準(zhǔn)確性和結(jié)果定量上均顯示出其優(yōu)越性。研究對象也從群體轉(zhuǎn)向了個體，利用毒代動力學(xué)和其他分子細(xì)胞生物學(xué)新的概念和方法研究藥物毒性作用機(jī)制[6]?；颊邔λ幬锓磻?yīng)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(DME)、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體、藥物靶分子及DNA修復(fù)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成的[7,8]。例如某些患癲癇的孕婦在妊娠期服用苯妥英鈉可誘發(fā)胎兒畸形，出現(xiàn)胎兒乙內(nèi)酰脲綜合征(FHS)，F(xiàn)innell[9]發(fā)現(xiàn)FHS的出現(xiàn)與服用苯妥英鈉的孕婦血液中一種藥物代謝酶環(huán)氧化物羥化酶的含量密切相關(guān)。

二、利用現(xiàn)代組學(xué)(-omics)技術(shù)研究藥物的毒性機(jī)制

近年來隨著人類及多種模式生物基因組測序的完成，新藥發(fā)現(xiàn)和研發(fā)逐步進(jìn)入后基因組時代；基因組學(xué)[10]、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝物組學(xué)[11]等“組學(xué)”技術(shù)已逐步應(yīng)用于藥物發(fā)現(xiàn)毒理學(xué)研究。目前把對細(xì)胞內(nèi)RNA，DNA，蛋白質(zhì)，代謝中間產(chǎn)物的整體分析手段，稱為組學(xué)技術(shù)，根據(jù)研究對象的不同相應(yīng)地產(chǎn)生了基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝物組學(xué)等。它們分別從調(diào)控生命過程的不同層面進(jìn)行研究，使人們能夠從分子水平研究生命現(xiàn)象，由于毒性機(jī)制不僅涉及1個或幾個基因的改變，而是許多基因及其表達(dá)產(chǎn)物相互作用的結(jié)果。因此，可以通過這種分析手段全面研究化學(xué)物的毒理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志，新的毒性作用機(jī)制，建立起更加靈敏高效的安全性評價方法。

三、基因點(diǎn)陣芯片技術(shù)的應(yīng)用

毒理芯片技術(shù)是在基因組技術(shù)和DNA微陣列技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的分子生物學(xué)技術(shù)，在分子水平評價外界有毒物質(zhì)的毒性情況。1999年美國國家環(huán)境健康科學(xué)研究所（NIEHS）成功開發(fā)了毒理芯片技術(shù)[12]，該技術(shù)對毒理研究具有革命性意義，將為醫(yī)學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)開辟新途徑?；虮磉_(dá)作為被測試樣品毒性信息的標(biāo)記物，將未知毒物引起的基因表達(dá)和已建立的模型化合物的毒理效應(yīng)數(shù)據(jù)庫[13,14]相對比，通過這種對比匹配，就能獲得未知毒物的機(jī)理。傳統(tǒng)分子生物學(xué)方法1次只能研究1個基因，而毒理芯片的突出作用體現(xiàn)在規(guī)模效應(yīng)上它能同時檢測幾千種基因的表達(dá)，減少了毒理研究對動物的依賴，能在相當(dāng)短的時間提供更多有價值的信息。

結(jié) 語

近20年來，隨著細(xì)胞與分子生物學(xué)理論與技術(shù)，特別是基因組學(xué)的飛速發(fā)展應(yīng)用于毒理學(xué)的研究，逐漸形成了全新的系統(tǒng)毒理學(xué)。它實現(xiàn)了毒理學(xué)研究從整體和器官水平向細(xì)胞和分子水平、從組織細(xì)胞中個別或少數(shù)內(nèi)容物的檢測到全面審視機(jī)體所有基因、蛋白質(zhì)和代謝物水平的各種“組學(xué)”的轉(zhuǎn)變，相信隨著研究的深入，這一學(xué)科將會大大促進(jìn)了環(huán)境醫(yī)學(xué)和其他生物科學(xué)的發(fā)展。

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