歐盟計(jì)算毒理技術(shù)政策研究及對(duì)我國新污染物治理的啟示

蘇闖，黃怡，王力明，鄭玉婷，林軍，張麗麗,*，于洋,#

1.廣東省固體廢物和化學(xué)品環(huán)境中心，廣州 510308

2.北京市污染源管理事務(wù)中心，北京 100089

3.生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029

新污染物治理已成為“十四五”乃至更長時(shí)期我國生態(tài)文明建設(shè)化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理的新主題。為貫徹落實(shí)黨中央“重視新污染物治理”的工作部署，生態(tài)環(huán)境部組織編制了《新污染物治理行動(dòng)方案(征求意見稿)》(以下簡稱《方案》)[1]。《方案》指出：到2025年，完成國內(nèi)外高關(guān)注、高產(chǎn)(用)量的化學(xué)物質(zhì)危害篩查，完成一批化學(xué)物質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。全面推進(jìn)現(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)危害篩查與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，可為推進(jìn)我國新污染物環(huán)境治理奠定基礎(chǔ)。

與新污染物危害篩查相關(guān)的指標(biāo)主要包括3類：(1)環(huán)境歸趨：持久性、生物累積性等；(2)生態(tài)毒性：水環(huán)境毒性(包括急性、慢性毒性)等；(3)健康毒性：致癌性、致突變性、生殖發(fā)育毒性、特異性靶器官毒性(包括反復(fù)接觸和一次接觸)、急性毒性、呼吸道和皮膚致敏性、嚴(yán)重眼損傷/眼刺激、皮膚腐蝕/刺激、內(nèi)分泌干擾性等[2]。獲取化學(xué)物質(zhì)危害屬性的主要途徑包括：調(diào)查研究(政府/非政府組織發(fā)布的評(píng)估報(bào)告、數(shù)據(jù)庫查詢、文獻(xiàn)檢索、企業(yè)數(shù)據(jù))、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、計(jì)算毒理技術(shù)等?！吨袊F(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)名錄》中約4萬余種化學(xué)物質(zhì)[3]，新污染物治理需要重點(diǎn)關(guān)注的危害篩查指標(biāo)中，全部有指標(biāo)數(shù)據(jù)的化學(xué)物質(zhì)僅有千余個(gè)。現(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)危害屬性數(shù)據(jù)相對(duì)缺失[4-5]，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)周期長、成本高且違反動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理的“3R”原則等，同時(shí)大數(shù)據(jù)及先進(jìn)計(jì)算機(jī)等新技術(shù)發(fā)展迅速，因此，通過計(jì)算毒理技術(shù)獲得預(yù)測數(shù)據(jù)、彌補(bǔ)新污染物危害數(shù)據(jù)的相對(duì)缺失，是我國未來新污染物治理的研究方向之一[6-9]。

進(jìn)入21世紀(jì)，發(fā)達(dá)國家及國際性組織機(jī)構(gòu)開始重視和發(fā)展計(jì)算毒理技術(shù)，開發(fā)了各種用于預(yù)測化學(xué)物質(zhì)危害屬性和暴露參數(shù)的模型工具，以解決化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理工作面臨的數(shù)據(jù)缺失的瓶頸問題[10-14]。其中，歐盟在該領(lǐng)域研究較早，從法律法規(guī)、技術(shù)導(dǎo)則、組織實(shí)施機(jī)構(gòu)、計(jì)算毒理工具的管理與開發(fā)相對(duì)成熟[15-17]。近年來，我國逐漸有專家學(xué)者在計(jì)算毒理領(lǐng)域開展科學(xué)研究，并逐步應(yīng)用于化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境管理。2021年3月，生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心發(fā)布了《關(guān)于開展2021年計(jì)算毒理與暴露預(yù)測模型或軟件征集工作的通知》，開展計(jì)算毒理與暴露預(yù)測模型或軟件征集工作[18]。目前，我國計(jì)算毒理工具的研發(fā)大多限于構(gòu)建預(yù)測模型，極少數(shù)將模型集成為應(yīng)用軟件。本文旨在通過研究歐盟計(jì)算毒理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國與歐盟在計(jì)算毒理技術(shù)方面的差異，以期為我國計(jì)算毒理技術(shù)的發(fā)展、新污染物危害篩查提供參考。

1 歐盟對(duì)應(yīng)用計(jì)算毒理技術(shù)的規(guī)定(EU regulations and guidelines requirements for the application of computational toxicology techniques)

1.1 法律法規(guī)

為了更好地保護(hù)人群健康和環(huán)境安全，提升歐盟化學(xué)品工業(yè)的綜合實(shí)力，歐盟委員會(huì)于2001年1月發(fā)布了《未來化學(xué)品政策戰(zhàn)略白皮書》[12]。該白皮書系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)時(shí)實(shí)施的化學(xué)物質(zhì)管理系統(tǒng)、可提升化學(xué)物質(zhì)安全性的化學(xué)物質(zhì)管理新策略、如何提升歐盟化學(xué)品工業(yè)的綜合實(shí)力的舉措等，提出了構(gòu)建名為“the Registration,Evaluation,Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH)”的新化學(xué)物質(zhì)管理系統(tǒng)——REACH系統(tǒng)[15]。新系統(tǒng)擬達(dá)成7個(gè)目標(biāo)，其中一項(xiàng)是促進(jìn)非動(dòng)物測試技術(shù)發(fā)展，并應(yīng)用于化學(xué)品管理。2006年化學(xué)品注冊(cè)、登記、許可與限制(REACH)法規(guī)正式發(fā)布，并于2007年生效。

REACH法規(guī)第13條規(guī)定“如果滿足附件十一的條件，物質(zhì)的固有屬性可用非測試方法產(chǎn)生，特別是通過使用(Q)SAR模型、分類、Read-across方法獲取”。REACH法規(guī)附件十一1.3小節(jié)規(guī)定了可用(Q)SAR模型預(yù)測結(jié)果替代測試結(jié)果的條件：(1)(Q)SAR模型的科學(xué)有效性已經(jīng)得到證實(shí)；(2)所預(yù)測的物質(zhì)在(Q)SAR模型的應(yīng)用域之內(nèi)；(3)所預(yù)測的結(jié)果足夠用于化學(xué)品分類、標(biāo)記和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的；(4)提供了足夠和可靠的記錄，來描述所使用的方法。

REACH法規(guī)附件十一1.5小節(jié)規(guī)定了可用分類或Read-across方法填補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失。此外，在REACH法規(guī)附件十二中還提到“在采用本附件所列方法測試物質(zhì)新的屬性之前，應(yīng)首先評(píng)估可獲取的體外測試數(shù)據(jù)、體內(nèi)測試數(shù)據(jù)、人群歷史數(shù)據(jù)、從經(jīng)過驗(yàn)證的(Q)SARs模型預(yù)測的數(shù)據(jù)、從結(jié)構(gòu)類似物預(yù)測的數(shù)據(jù)(Read-across方法預(yù)測數(shù)據(jù))”。

2009年生效的新歐盟化妝品指令(REGULATION (EC) No 1223/2009)第18條“動(dòng)物測試”中，規(guī)定可采用替代方法(如invitro和insilico方法)取代基于動(dòng)物的試驗(yàn)[19]。

1.2 技術(shù)指南

(1)歐盟風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則

歐盟風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則文件第3部分的第4章和第5章分別介紹了如何在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中使用(Q)SAR技術(shù)和分類(Categories)技術(shù)[16]。對(duì)于在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中使用的模型，需進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)估。驗(yàn)證和評(píng)估考慮的因素包括：模型預(yù)測的指標(biāo)、建模所用數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法、建模方法、描述符、模型應(yīng)用域、模型有效性和模型準(zhǔn)確性。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，有效的(Q)SAR模型可用于：①輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)估；②幫助決策過程，若關(guān)注的指標(biāo)有必要開展進(jìn)一步的測試，可用(Q)SAR模型優(yōu)化測試策略；③為暴露評(píng)估和/或效應(yīng)評(píng)估提供輸入?yún)?shù)；④識(shí)別潛在需要關(guān)注的指標(biāo)，但不能獲取測試數(shù)據(jù)。

該導(dǎo)則還對(duì)水生生物急性毒性指標(biāo)(魚 96 h-LC50、大型溞 48 h-EC50、藻 72 h-EC50)、水生生物慢性毒性指標(biāo)(魚 28 d-NOEC、大型溞 21 d-NOEC)、正辛醇-水分配系數(shù)、土壤吸附系數(shù)、亨利常數(shù)、生物富集因子、生物降解性、光解和水解等指標(biāo)的預(yù)測模型進(jìn)行了說明。此外，該導(dǎo)則還對(duì)如何報(bào)告(Q)SAR模型的格式進(jìn)行了說明。

(2)歐盟信息需求和化學(xué)物質(zhì)安全評(píng)估導(dǎo)則

信息需求和化學(xué)物質(zhì)安全評(píng)估導(dǎo)則第6章給出了管理上使用(Q)SAR模型需考慮的問題[17]。主要涉及4個(gè)方面：如何建立(Q)SAR模型的有效性？如何建立面向管理的(Q)SAR模型的適用性？如何記錄和證明(Q)SAR模型的監(jiān)管使用？怎么找到(Q)SAR模型的信息？

(Q)SAR模型有效性是指根據(jù)特定目的對(duì)模型性能和機(jī)理解釋進(jìn)行評(píng)估的過程?！澳康摹敝?Q)SAR模型的科學(xué)目的，可通過預(yù)測指標(biāo)和應(yīng)用域表征。模型性能是指模型的統(tǒng)計(jì)有效性，可用擬合優(yōu)度、穩(wěn)健性、預(yù)測能力參數(shù)表征；機(jī)理解釋是指描述符物理或化學(xué)的解釋，是描述符與預(yù)測指標(biāo)之間假設(shè)的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)定義，模型有效性即是采用經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)關(guān)于(Q)SAR模型驗(yàn)證導(dǎo)則規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估的過程。

(Q)SAR模型預(yù)測結(jié)果的適用性是指在給定管理目的環(huán)境下，(Q)SAR模型需滿足下列條件：需采用有效的模型預(yù)測數(shù)據(jù)；模型需適用于目標(biāo)化合物；模型的預(yù)測指標(biāo)需與管理目的相關(guān)。

根據(jù)歐盟現(xiàn)行法律，(Q)SAR模型可用于：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；分類與標(biāo)簽；持久性、生物累積性和毒性(PBT)以及高持久性及高生物累積性(vPvB)評(píng)估。根據(jù)REACH法規(guī)附件十一，使用(Q)SARs代替測試數(shù)據(jù)的條件之一是提供了所應(yīng)用方法的充分和可靠的文件。因此，歐洲化學(xué)品管理局與歐盟QSAR工作組磋商，主動(dòng)開始建立評(píng)估(Q)SAR數(shù)據(jù)庫，用于確定適合REACH監(jiān)管目的的(Q)SAR模型。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫)將從網(wǎng)站(http://qsardb.jrc.it)免費(fèi)提供。

使用(Q)SAR模型預(yù)測數(shù)據(jù)等非測試數(shù)據(jù)的步驟如下：Step 0-信息收集；Step 1-初步分析；Step 2-使用分類方案；Step 3-查詢警示結(jié)構(gòu)；Step 4-初步評(píng)估；Step 5-類推；Step 6-(Q)SAR 模型預(yù)測；Step 7-最終評(píng)估，如表1所示。

表1 (Q)SAR模型預(yù)測數(shù)據(jù)等非測試數(shù)據(jù)的步驟Table 1 Steps of (Q)SAR model prediction data and other non-test data

2 歐盟計(jì)算毒理組織實(shí)施機(jī)構(gòu)(EU organization and implementation agency of the computational toxicology)

歐盟計(jì)算毒理相關(guān)機(jī)構(gòu)主要有歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心(JRC)和歐洲化學(xué)品局(ECB)等。JRC是歐盟的科學(xué)和知識(shí)服務(wù)機(jī)構(gòu)，總部設(shè)在布魯塞爾，在5個(gè)成員國設(shè)有研究基地：Geel(比利時(shí))、Ispra(意大利)、Karlsruhe(德國)、Petten(荷蘭)和Seville(西班牙)，其使命是在歐盟制定政策的過程中提供獨(dú)立的技術(shù)支持。JRC與決策機(jī)構(gòu)保持密切合作，致力于解決人類社會(huì)面臨的主要挑戰(zhàn)，同時(shí)通過開發(fā)新方法、工具和標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)創(chuàng)新，并與各成員國、科技界和國際合作機(jī)構(gòu)共享其研究成果，匯集了來自不同來源的專業(yè)技能和知識(shí)，幫助政策制定者以透明、定制和簡明的方式理解最新的科學(xué)證據(jù)。

ECB是歐盟負(fù)責(zé)有害化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的核心官方機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)實(shí)施REACH法規(guī)。近年來，ECB圍繞(Q)SAR技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，開展了大量的研究工作。主要涉及3方面：(Q)SAR模型的報(bào)告格式、驗(yàn)證與評(píng)估方法；化學(xué)品分類技術(shù)；理化性質(zhì)、環(huán)境行為或毒理參數(shù)的類比(Analogue或Read-across)技術(shù)，涉及(Q)SAR技術(shù)在不同目標(biāo)層面上的應(yīng)用。

3 歐盟計(jì)算毒理工具的管理與開發(fā)(Management and development of computational toxicological tools for EU)

3.1 JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫

(1)JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫簡介

JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫由JRC開發(fā)，JRC負(fù)責(zé)對(duì)QSAR模型的有效性和科學(xué)性進(jìn)行評(píng)審，并對(duì)通過評(píng)審的QSAR模型進(jìn)行發(fā)布與管理。JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫是一個(gè)可自由訪問的web應(yīng)用程序，提供關(guān)于QSAR模型有效性的信息?！禣ECD驗(yàn)證QSAR模型的原則》規(guī)定，為了便于考慮(Q)SAR模型的監(jiān)管目的，(Q)SAR模型應(yīng)該與以下信息相關(guān)聯(lián)：一個(gè)明確的終點(diǎn)；一個(gè)明確的算法；明確的適用范圍；適當(dāng)驗(yàn)證的模型擬合優(yōu)度、穩(wěn)健性和預(yù)測能力；如有可能，進(jìn)行機(jī)理解釋。根據(jù)《OECD的QSAR模型驗(yàn)證原則》，JRC和歐盟成員國制定了QSAR模型報(bào)告格式(QMRF)，作為總結(jié)和報(bào)告QSAR模型關(guān)鍵信息的統(tǒng)一模板。

JRC評(píng)審QSAR模型的程序流程如下：第一步，QSAR模型的開發(fā)人員編寫QMRF文件，并通過專用郵箱將有關(guān)QSAR模型的信息提交至JRC，JRC審查報(bào)告的充分性和完整性并確定評(píng)審專家。第二步，評(píng)審專家對(duì)QMRF文件進(jìn)行審查，審查的結(jié)果分為JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫中發(fā)布該模型，或?qū)⒃撃Ｐ头祷刂灵_發(fā)者進(jìn)行進(jìn)一步修訂2種情況。第三步由JRC接受并對(duì)報(bào)告做最后檢查并發(fā)布。

JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫分為可下載版本和在線版本。其中，可下載版本是一個(gè)zip文件，可實(shí)現(xiàn)在用戶的PC上本地提取。它由一個(gè)允許搜索不同條件的Excel文件和3個(gè)包含所有相關(guān)文檔的文件夾組成。此外，用戶可在線瀏覽數(shù)據(jù)庫獲取已發(fā)布的QMRF并進(jìn)行文檔或物質(zhì)搜索。可以通過應(yīng)用以下條件的子集來搜索QMRF文檔：標(biāo)題/終點(diǎn)/QMRF編號(hào)/最新更新。

(2)JRC QSAR模型評(píng)審相關(guān)指南

2017年，JRC發(fā)布《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 用戶支持和教程》[20]《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 SDF-結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式 如何從SMILES中創(chuàng)造》[21]《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 作者和編輯指南》[22]《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 審稿人指南和協(xié)議模板》[23]，這一系列指導(dǎo)文件規(guī)定了模型開發(fā)者提交模型有效信息、JRC組織評(píng)審專家對(duì)模型相關(guān)信息進(jìn)行評(píng)審以及JRC在官網(wǎng)上發(fā)布QSAR模型的具體要求。

①《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 用戶支持和教程》

該教程介紹了JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫，并提供了如何編譯新模型、更新現(xiàn)有模型和通過JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫發(fā)布它們的指導(dǎo)。此外，本教程介紹了終點(diǎn)分類、QMRF要點(diǎn)說明、如何找到JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫以及如何在QMRF編輯器中填寫QMRF報(bào)告等。

根據(jù)該教程，QMRF共包括10個(gè)部分：QSAR標(biāo)識(shí)符；基本信息；定義終點(diǎn)-OECD原則1；定義算法-OECD原則2；定義應(yīng)用域-OECD原則3；定義擬合優(yōu)度和穩(wěn)健性-OECD原則4；定義預(yù)測性-OECD原則4；提供一個(gè)機(jī)理解釋-OECD原則5；其他信息；JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫摘要(JRC編制)。其中，QSAR模型報(bào)告格式規(guī)定的終點(diǎn)分類如表2所示。

表2 終點(diǎn)分類Table 2 Endpoint classification

續(xù)表2分類Classification編號(hào)Number終點(diǎn)名稱Endpoint nameQMRF 2環(huán)境行為參數(shù)Environmental fate parametersQMRF 2.2.b持久性:在空氣中的非生物降解(光轉(zhuǎn)化);間接光解(羥基自由基反應(yīng),臭氧自由基反應(yīng),其他)Persistence: Abiotic degradation in air (phototransformation); indirect photolysis (OH-radical reaction, ozone-radical reaction, other)QMRF 2.1.a持久性:在水中的非生物降解;水解 Persistence: Abiotic degradation in water; hydrolysisQMRF 2.1.c持久性:在水中的非生物降解;其他 Persistence: Abiotic degradation in water; otherQMRF 2.1.b持久性:在水中的非生物降解;氧化 Persistence: Abiotic degradation in water; oxidationQMRF 2.3.b持久性:生物降解;生物降解時(shí)間范圍(初級(jí),最終降解)Persistence: Biodegradation; biodegradation time frame (primary, ultimate degradation)QMRF 2.3.a持久性:生物降解;快速/非快速生物降解能力Persistence: Biodegradation; ready/not ready biodegradabilityQMRF 2.10植物-空氣分配系數(shù) Vegetation-air partition coefficientQMRF 2.11植物-土壤分配系數(shù) Vegetation-soil partition coefficientQMRF 2.9植物-水分配系數(shù) Vegetation-water partition coefficientQMRF 3生態(tài)毒性效應(yīng)Ecotoxic effectsQMRF 3.3對(duì)魚類的急性毒性(致死率) Acute toxicity to fish (lethality)QMRF 3.4對(duì)溞的長期毒性(致死、生殖抑制)Long-term toxicity to Daphnia (lethality, inhibition of reproduction)QMRF 3.5對(duì)魚類的長期毒性(卵/囊魚苗、幼魚生長抑制、早期生命階段、整個(gè)生命周期)Long-term toxicity to fish (egg/sac fry, growth inhibition of juvenile fish, early life stage, full life cycle)QMRF 3.6微生物抑制(活性污泥呼吸抑制、硝化抑制,其他)Microbial inhibition (activated sludge respiration inhibition, inhibition of nitrification, other)QMRF 3.1對(duì)溞的短期毒性(固定) Short-term toxicity to Daphnia (immobilisation)QMRF 3.2對(duì)藻類的短期毒性(抑制指數(shù)生長速率) Short-term toxicity to algae (inhibition of the exponential growth rate)QMRF 3.12.b對(duì)鳥類的長期毒性(生存、生長、繁殖)Toxicity to birds: Long-term toxicity (survival, growth, reproduction)QMRF 3.12.a對(duì)鳥類的短期毒性(喂養(yǎng)、灌胃、其他) Toxicity to birds: Short term toxicity (feeding, gavage, other)QMRF 3.8對(duì)蚯蚓的毒性(生存、生長、繁殖) Toxicity to earthworms (survival, growth, reproduction)QMRF 3.13.b蜜蜂毒性:急性接觸毒性 Toxicity to honeybees: Acute contact toxicityQMRF 3.13.a蜜蜂毒性:急性經(jīng)口毒性 Toxicity to honeybees: Acute oral toxicityQMRF 3.9對(duì)植物的毒性(葉子、種子萌發(fā)、根伸長)Toxicity to plants (leaves, seed germination, root elongation)QMRF 3.11對(duì)沉積物生物的毒性(生存、生長、繁殖)Toxicity to sediment organisms (survival, growth, reproduction)QMRF 3.10對(duì)土壤無脊椎動(dòng)物的毒性(生存、生長、繁殖)Toxicity to soil invertebrates (survival, growth, reproduction)QMRF 3.7對(duì)土壤微生物的毒性(c礦化抑制,n礦化抑制,其他)Toxicity to soil microorganisms (inhibition of c-mineralisation, inhibition of n-mineralisation, other)

續(xù)表2分類Classification編號(hào)Number終點(diǎn)名稱Endpoint nameQMRF 4人體健康效應(yīng)Human health effectsQMRF 4.3急性經(jīng)皮毒性 Acute dermal toxicityQMRF 4.1急性吸入毒性 Acute inhalation toxicityQMRF 4.2急性經(jīng)口毒性 Acute oral toxicityQMRF 4.5急性光刺激 Acute photoirritationQMRF 4.12致癌性 CarcinogenicityQMRF 4.18.c內(nèi)分泌活動(dòng);其他(例如:抑制參與激素合成或調(diào)節(jié)的特定酶,特定酶和激素)Endocrine activity; other (e.g. inhibition of specific enzymes involved in hormone synthesis or regulation, specify enzyme(s) and hormone)QMRF 4.18.a內(nèi)分泌活動(dòng);受體結(jié)合(指定受體) Endocrine activity; receptor-binding (specify receptor)QMRF 4.9眼睛刺激/腐蝕 Eye irritation/corrosionQMRF 4.15體外生殖毒性(如胚胎干細(xì)胞等細(xì)胞培養(yǎng)中的胚胎毒性作用)In vitro reproductive toxicity (e.g. embryotoxic effects in cell culture such as embryo stem cells)QMRF 4.17體內(nèi)產(chǎn)前、產(chǎn)期、產(chǎn)后發(fā)育和/或生育能力(1代或2代)In vivo pre-, peri-, post natal development and/or fertility (1 or 2 generation)QMRF 4.16在體內(nèi)的產(chǎn)前發(fā)育毒性 In vivo pre-natal-developmental toxicityQMRF 4.10致突變性 MutagenicityQMRF 4.19神經(jīng)毒性 NeurotoxicityQMRF 4.13光致癌性 PhotocarcinogenicityQMRF 4.11光致突變性 PhotomutagenicityQMRF 4.8光敏感作用 PhotosensitisationQMRF 4.18.b受體結(jié)合和基因表達(dá)(指定受體) Receptor binding and gene expression (specify receptor)QMRF 4.14重復(fù)劑量毒性 Repeated dose toxicityQMRF 4.7呼吸道敏化作用 Respiratory sensitisationQMRF 4.4皮膚刺激或腐蝕 Skin irritation/corrosionQMRF 4.6皮膚敏感 Skin sensitisationQMRF 5毒代動(dòng)力學(xué)ToxicokineticsECB 36毒代動(dòng)力學(xué) ToxicokineticsOECD 417毒代動(dòng)力學(xué) ToxicokineticsQMRF 5.4毒性動(dòng)力學(xué);血腦屏障穿透 Toxicokinetics; blood-brain barrier penetrationQMRF 5.7毒性動(dòng)力學(xué);血肺屏障穿透 Toxicokinetics; blood-lung barrier penetrationQMRF 5.6毒性動(dòng)力學(xué);血睪丸屏障穿透 Toxicokinetics; blood-testis barrier penetrationQMRF 5.10毒性動(dòng)力學(xué);DNA結(jié)合 Toxicokinetics; DNA-bindingQMRF 5.3毒性動(dòng)力學(xué);胃腸道吸收 Toxicokinetics; gastrointestinal absorptionQMRF 5.8毒性動(dòng)力學(xué);新陳代謝(包括代謝清除) Toxicokinetics; metabolism (including metabolic clearance)QMRF 5.2毒性動(dòng)力學(xué);眼膜滲透 Toxicokinetics; ocular membrane penetrationQMRF 5.5毒性動(dòng)力學(xué);胎盤屏障滲透 Toxicokinetics; placental barrier penetrationQMRF 5.9毒性動(dòng)力學(xué);蛋白結(jié)合 Toxicokinetics; protein-bindingQMRF 5.1毒性動(dòng)力學(xué);皮膚滲透 Toxicokinetics; skin penetrationQMRF 6其他OtherOECD 5XX作物田間試驗(yàn)指南 Crop field trial test guidelineOECD 508加工商品中農(nóng)藥殘留的數(shù)量 Magnitude of pesticide residues in processed commoditiesOECD 507加工商品中農(nóng)藥殘留的性質(zhì)高溫水解Nature of pesticide residues in processed commodities high temperature hydrolysisQMRF 6.6其他 OtherOECD 505家畜殘留 Residues in livestockOECD 504輪作作物中的殘留物(有限的田間研究) Residues in rotational crops (limited field studies)OECD 506貯存商品中農(nóng)藥殘留的穩(wěn)定性 Stability of pesticide residues in stored commodities

②《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 SDF-結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式 如何從SMILES中創(chuàng)造》

本指南介紹了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式(SDF)的相關(guān)生成程序。SDF是一種化學(xué)文件格式，用來表示多個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)記錄和相關(guān)的數(shù)據(jù)字段。SDF由分子設(shè)計(jì)有限公司(MDL)開發(fā)并出版，成為最廣泛使用的化學(xué)品信息進(jìn)出口標(biāo)準(zhǔn)。以SDF格式創(chuàng)建的化學(xué)數(shù)據(jù)文件以明文形式保存，其中包含化學(xué)結(jié)構(gòu)記錄。

③《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 作者和編輯指南》

如果QSAR模型開發(fā)人員和用戶希望QSAR模型納入JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫，可通過QMRF Editor(v 2.0.0)填報(bào)QMRF文件來描述QSAR模型，并將其保存為xml文件，同時(shí)發(fā)送至指定郵箱JRC-COMPUTOX@ec.europa.eu。該指南主要介紹了QMRF Editor中關(guān)于QMRF文件中10個(gè)部分的具體填報(bào)技術(shù)要求、格式要求以及填報(bào)案例。QMRF編輯器信息如表3所示。

表3 QMRF編輯器信息Table 3 QMRF editor information

續(xù)表3QMRF編輯器概要QMRF editor summaryQMRF編輯器信息QMRF editor information10. JRC QSAR數(shù)據(jù)庫摘要10. Summary for the JRC QSAR model database1. QMRF編號(hào);2. 出版日期;3. 關(guān)鍵字;4. 注釋1. QMRF number; 2. Publication date; 3. Keywords; 4. Comments支持?jǐn)?shù)據(jù)集Supporting datasets為提交關(guān)于訓(xùn)練和測試集的信息提供了指導(dǎo);如果提交者使用帶有預(yù)定義字段的特定文件格式(Excel文件或SDF文件),則可以在JRC數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)關(guān)于培訓(xùn)和測試集的可搜索信息Guidance is provided for submitting information about the training and test sets; storage of searchable information about the training and the test sets in the database of the JRC Database will be possible if the submitter uses spe-cific file formats (Excel file or preferably SDF files) with predefined fields

④《JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫 審稿人指南和協(xié)議模板》

JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫的全部信息內(nèi)容由該領(lǐng)域的專家根據(jù)下列準(zhǔn)則進(jìn)行審查，并定期發(fā)表修訂后的報(bào)告。該指南規(guī)定評(píng)審人將對(duì)提交的QMRF進(jìn)行質(zhì)量控制(即文件的可理解性、一致性和完整性)，以便將正確記錄的QSAR摘要納入JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫。該指南提供了一個(gè)有用的，但不是詳盡的考慮事項(xiàng)清單，以指導(dǎo)QMRF的評(píng)審。評(píng)審人須就所提交的報(bào)告回答下列問題：滿足要求了嗎?是否需要進(jìn)一步的信息?還有什么要評(píng)論的嗎?評(píng)審人QMRF編輯器示意圖如圖1所示。

圖1 評(píng)審人QMRF編輯器示意圖Fig. 1 Diagram of reviewer QMRF editor

(3) JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫構(gòu)成

根據(jù)JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫的評(píng)審程序，JRC目前已經(jīng)發(fā)布QSAR模型154個(gè)，共覆蓋35個(gè)預(yù)測終點(diǎn)5大類預(yù)測模型，如圖2(a)所示。其中，理化數(shù)據(jù)預(yù)測模型15個(gè)，如圖2(b)所示；環(huán)境行為與歸趨模型27個(gè)，如圖2(c)所示；急性毒性模型32個(gè)，如圖2(d)所示；慢性毒性模型50個(gè)，如圖2(e)所示；其他毒性終點(diǎn)模型30個(gè)，如圖2(f)所示。JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫中QSAR模型分類明細(xì)如圖2所示。

圖2 JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫QSAR模型分類Fig. 2 QSAR model classification of JRC QSAR model database

3.2 VEGA軟件

(1)VEGA軟件簡介

VEGA軟件由意大利米蘭的馬里奧·內(nèi)格里·藥理學(xué)研究所(IRCCS)環(huán)境與健康研究部所屬環(huán)境化學(xué)與毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，該軟件包含了QSAR和Read across方式構(gòu)建的模型，這些模型取自CAESAR或TEST，或者后來由VEGA的貢獻(xiàn)者開發(fā)，并根據(jù)REACH要求進(jìn)行了優(yōu)化。

VEGA軟件可從網(wǎng)站www.vegahub.eu免費(fèi)獲得。截至2020年12月，VEGA軟件可以下載的最新版本是1.1.5-b22(2019/05/29)，用戶可以應(yīng)用VEGA收錄的多種QSAR模型預(yù)測化學(xué)物質(zhì)不同的屬性，并輸出一份報(bào)告返回給用戶，該報(bào)告包含了預(yù)測結(jié)果和所需的支撐信息。歐洲化學(xué)品管理局(ECHA)已使用該軟件對(duì)注冊(cè)物質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，以便將它們分配到可能的注意列表中。歐洲食品安全局(EFSA)的指南中也提到了該軟件，并且應(yīng)用于歐洲化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)(CEFIC)的化學(xué)信息系統(tǒng)中。

(2)VEGA軟件構(gòu)成

截至2021年7月，VEGA一共包含了59個(gè)模型，4個(gè)方面參數(shù)。其中，物理化學(xué)參數(shù)方面包含溶解度、正辛醇-水分配系數(shù)等；環(huán)境行為參數(shù)方面包含生物富集因子、快速生物降解、沉積物持久性、土壤持久性和水中持久性等；生態(tài)毒性參數(shù)方面包含藻、溞、魚急/慢性毒性、蜜蜂急性毒性參數(shù)和活性污泥毒性等；健康毒性參數(shù)方面包含致突變性、致癌性、發(fā)育/生殖毒性、雌/雄激素受體模型、皮膚致敏性和肝毒性等。

(3)案例分析

本研究以雙酚A為例，利用VEGA軟件預(yù)測雙酚A的生殖毒性。應(yīng)用VEGA模型軟件預(yù)測化學(xué)物質(zhì)屬性需要4個(gè)操作步驟，分別是化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息輸入、選擇VEGA收錄模型、選擇文件的類型及存儲(chǔ)目標(biāo)文件夾、生成報(bào)告文檔。

①結(jié)構(gòu)信息輸入

用戶通過VEGA界面輸入化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，制作輸入文件。輸入文件為SDF(multiple MOL file)和SMILES這2種格式，支持單個(gè)輸入和批量輸入。輸入雙酚A的結(jié)構(gòu)信息SMILE碼：即Oc(ccc(c1)C(c(ccc(O)c2)c2)(C)C)c1。

②選擇預(yù)測模型

用戶在VEGA軟件嵌套模型列表中，選擇需要的模型，預(yù)測相應(yīng)的終點(diǎn)。根據(jù)終點(diǎn)類型，可將VEGA收錄模型分為4個(gè)類別：毒理學(xué)(TOX)、生態(tài)毒理學(xué)(Ecotox)、環(huán)境(Environ)和物理化學(xué)性質(zhì)(Phys-Chem)。選擇TOX下的生殖毒性模型：Developmental/Reproductive Toxicity Library (PG)。對(duì)于模型說明文件和模型構(gòu)建使用的化學(xué)物質(zhì)，可點(diǎn)擊模型指定按鈕行查閱。

③選擇文件的類型及存儲(chǔ)目標(biāo)文件夾

通過上述2個(gè)步驟后，VEGA軟件自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)測功能，待預(yù)測進(jìn)程結(jié)束后，提示生成預(yù)測報(bào)告。生成的預(yù)測報(bào)告可以被保存為pdf和CSV文本2種不同格式，并可以根據(jù)需求選擇輸出內(nèi)容：即按化學(xué)物質(zhì)生成報(bào)告，按照模型生成報(bào)告等。

④生成報(bào)告文檔

VEGA軟件運(yùn)行結(jié)束后，可生成報(bào)告文檔。分析預(yù)測結(jié)果并根據(jù)報(bào)告內(nèi)容判斷預(yù)測結(jié)果是否可靠是非常重要的。VGEA預(yù)測報(bào)告中顯示綠色圓圈，則表明該物質(zhì)生殖毒性預(yù)測結(jié)果為陰性；預(yù)測報(bào)告中顯示紅色圓圈，則表明該物質(zhì)生殖毒性預(yù)測結(jié)果為陽性。此次預(yù)測結(jié)果顯示為紅，表明雙酚A具有生殖毒性。VEGA模型軟件預(yù)測結(jié)果給出了星級(jí)判斷，用1～3顆星表示。其中，1顆星代表預(yù)測結(jié)果具有較低的可靠性，2顆星代表預(yù)測結(jié)果具有中等可靠性，3顆星代表預(yù)測結(jié)果可靠性高。此次預(yù)測結(jié)果顯示為3顆星，表明雙酚A具有生殖毒性的預(yù)測結(jié)果可靠性高。

4 歐盟計(jì)算毒理技術(shù)對(duì)我國的啟示(The enlightenment of EU computational toxicity technology to China)

4.1 歐盟計(jì)算毒理政策經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過對(duì)歐盟計(jì)算毒理技術(shù)政策開展研究，歸納總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

(1)歐盟在REACH法規(guī)中明確了可以采用計(jì)算毒理方法來獲取非測試數(shù)據(jù)，同時(shí)，在支撐REACH法規(guī)的相關(guān)指南中規(guī)定了使用計(jì)算毒理工具的技術(shù)要求。此外，歐盟成立了專門的QSAR模型研究機(jī)構(gòu)歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心(JRC)，JRC對(duì)模型進(jìn)行質(zhì)量控制，確保了模型預(yù)測結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。在模型預(yù)測數(shù)據(jù)應(yīng)用責(zé)任方面，歐盟指出模型預(yù)測數(shù)據(jù)可以為化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理提供參考，但模型加入JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫并不意味著JRC或歐洲委員會(huì)接受或認(rèn)可該模型，使用模型的責(zé)任在于最終用戶。

(2)根據(jù)《OECD驗(yàn)證QSAR模型的原則》，歐盟制定了QSAR報(bào)告格式(QSAR reporting formats,QMRF)和QSAR預(yù)測報(bào)告格式(QSAR prediction reporting formats,QPRF)。主要用于識(shí)別QSAR模型開發(fā)、驗(yàn)證的有效性、可靠性、適用性以及解釋如何通過應(yīng)用特定模型或方法對(duì)特定物質(zhì)進(jìn)行估算。

(3)JRC制定了(Q)SAR模型評(píng)審相關(guān)指南以及模型評(píng)估程序。QSAR模型開發(fā)者提交模型信息至JRC，后者負(fù)責(zé)組織專家對(duì)模型進(jìn)行評(píng)審?？梢?，歐盟QSAR模型的發(fā)展和應(yīng)用由模型的開發(fā)者、使用者、評(píng)審專家以及JRC共同參與推動(dòng)。

(4)通過模型收集、專家評(píng)審等環(huán)節(jié)，歐盟JRC QSAR模型數(shù)據(jù)庫已發(fā)布一批服務(wù)于化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理的QSAR模型。在理化數(shù)據(jù)預(yù)測模型中，主要集中在水溶解性、辛醇-水分配系數(shù)以及有機(jī)碳-水分配系數(shù)模型的研究，占比約67%；在環(huán)境行為與歸趨模型中，主要集中在持久性和生物富集模型的研究，分別占比約73%和26%；在急性毒性模型中，主要集中在水生生物急性毒性模型的研究，占比約59%；在慢性毒性模型中，主要集中在致癌性、發(fā)育毒性和致突變性模型的研究，占比約88%；在其他毒性模型中，主要集中在眼睛、皮膚、藻類和重復(fù)劑量毒性模型的研究，占比約73%。

(5)歐盟還開發(fā)了其他的計(jì)算毒理技術(shù)，如生理藥代動(dòng)力學(xué)(PBPK)、有害結(jié)局路徑(AOP)和分子對(duì)接等計(jì)算毒理技術(shù)[24]。特別是基于受體結(jié)構(gòu)的分子對(duì)接能明確地描述配體小分子與受體大分子作用的具體方式，從而更為深入地揭示配體生物活性的分子機(jī)理，這對(duì)于研究內(nèi)分泌的作用機(jī)制具有重要作用。近年來，我國也加入到計(jì)算毒理工具的研發(fā)工作，結(jié)合我國實(shí)際，目前這些計(jì)算毒理模型在我國還處于初期階段，需要更多的專家學(xué)者共同參與。

4.2 對(duì)我國的啟示

(1)近幾年來，圍繞我國化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理的實(shí)際需求，我國生態(tài)環(huán)境部相繼發(fā)布了一系列技術(shù)指南及政策措施支持計(jì)算毒理技術(shù)在新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理、化學(xué)物質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)方法以及新污染物治理中的應(yīng)用。《新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理登記指南》規(guī)定在無法進(jìn)行實(shí)際測試的特殊情況下，申請(qǐng)數(shù)據(jù)也可以來自QSAR、交叉參照等方法產(chǎn)生的非測試數(shù)據(jù)。這是我國首次在立法配套文件中明確了非測試數(shù)據(jù)在化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理工作中的法律地位，肯定了非測試數(shù)據(jù)的重要性，同時(shí)明確了QSAR模型預(yù)測數(shù)據(jù)以及交叉參照數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求?！痘瘜W(xué)物質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)方法框架性指南》《化學(xué)物質(zhì)環(huán)境與健康危害評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》《化學(xué)物質(zhì)環(huán)境與健康暴露評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》《化學(xué)物質(zhì)環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)表征技術(shù)導(dǎo)則》以及《新污染物治理行動(dòng)方案(征求意見稿)》中均指出可以使用計(jì)算毒理技術(shù)來填補(bǔ)化學(xué)物質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及新污染物治理中的數(shù)據(jù)缺失。然而，我國需要進(jìn)一步完善計(jì)算毒理技術(shù)指南體系，明確開發(fā)與應(yīng)用計(jì)算毒理工具的合規(guī)性與科學(xué)性，促進(jìn)我國計(jì)算毒理技術(shù)的發(fā)展，以解決化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理工作面臨的數(shù)據(jù)缺失的問題。

(2)參考國際經(jīng)驗(yàn)，建立我國計(jì)算毒理模型征集、評(píng)估和推薦機(jī)制。依托生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心計(jì)算毒理研究室，持續(xù)公開征集計(jì)算毒理工具，開展計(jì)算毒理工具的符合性評(píng)估，對(duì)經(jīng)評(píng)估后的計(jì)算毒理工具推薦在新污染物治理中應(yīng)用。

(3)積極調(diào)動(dòng)社會(huì)優(yōu)勢資源，強(qiáng)化自主研發(fā)模型影響力。通過組織國內(nèi)從事計(jì)算毒理研究的企事業(yè)單位、高校和科研院所開展計(jì)算毒理模型軟件聯(lián)合開發(fā)和預(yù)測能力比對(duì)工作，調(diào)動(dòng)全社會(huì)開展計(jì)算毒理模型軟件研究和開發(fā)的積極性，爭取盡快實(shí)現(xiàn)國內(nèi)自主研發(fā)的計(jì)算毒理工具由模型到軟件的轉(zhuǎn)化，服務(wù)國家新污染物治理。