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新药研发（15）| 药物毒理学研究内容详解（上）

花匠小妙招
2025-06-24 14:04

“ 上几期我们学习了《药理学基本原理》和药代动力学研究相关的知识，掌握了药物是如何被人体吸收、分布到各个部位、被各种酶代谢并经过多种途径排泄到体外的全过程，同时还学习了临床前药代动力学研究和生物等效性试验，至此我们已经知道药物是如何发挥作用治愈疾病。但凡事具有两面性，是药三分毒，药物一方面能够治疗疾病、缓解疼痛、拯救生命，为人类带来希望和安慰；但另一方面，药物也带有一定的毒性，可能会对人体产生副作用，甚至在某些情况下可能危及生命，因此药物毒理学研究是新药研发不可或缺的一环”

▲ 全文大纲

一、引言

药物，作为现代医学治疗疾病的重要手段，为人类的健康事业立下了赫赫战功。然而，正如任何事物都有两面性，药物在带来疗效的同时，也可能潜藏着一定的风险。因此，了解药物的潜在毒性，确保用药安全，成为了药物研发和应用中不可或缺的一环。这正是药物毒理学研究的核心所在。

药物毒理学的研究内容广泛而深入，其中急性毒性研究关注药物在短时间内对生物体产生的强烈毒性反应，为我们提供了快速评估药物安全性的重要依据。

长期毒性研究则揭示了药物在长时间内对机体产生的潜在影响，帮助我们了解药物在长期应用过程中可能引发的各种风险。

遗传毒性研究关注药物是否对遗传物质产生损害，从而影响后代的健康。通过对遗传毒性的深入研究，我们可以预测药物对后代可能产生的潜在影响，为遗传病的预防和治疗提供科学依据。

本文将详细介绍这些研究内容，通过深入了解药物在不同条件下的毒性反应，我们将更加深入地理解药物的潜在风险，为药物的研发和应用提供更为科学、合理的指导。

让我们一同踏上这场药物毒理学的探索之旅，揭开药物毒性的神秘面纱。

正文

二、急性毒性研究

2.1 目的

通过急性毒性研究，可以了解药物在短时间内对机体的毒性反应、作用机制及致死剂量等信息，为药物的安全性评价、剂量选择和风险控制提供重要参考。

在中国药监局颁布的相关指导原则中，对急性毒性研究的目的和要求进行了明确规定。根据这些指导原则，急性毒性研究的目的主要包括以下几个方面：

明确药物的毒性特征：通过急性毒性试验，观察药物在短时间内对机体的毒性反应，了解药物的毒性特征，如毒性作用的部位、性质、强度和时间等。评估药物的安全性：根据急性毒性试验结果，评估药物的安全性，确定药物的安全剂量范围，为药物的临床应用和研发提供科学依据。为其他毒理学研究提供基础：急性毒性研究是药物毒理学研究的基础，其结果可为后续的亚慢性毒性、慢性毒性、遗传毒性、生殖毒性等研究提供重要参考。

2.2 试验设计及观测指标

2.2.1 近似致死剂量法

适用范围：主要用于非啮齿类动物，如犬、猴等。试验动物：一般采用6只健康的Beagle犬（4~6个月）或猴（2~3岁）。试验方法：根据小动物的毒性试验结果、受试物的化学结果和其他有关资料，估计可能引起毒性和死亡的剂量范围。按50%递增法，设计出含数个剂量的剂量序列表。根据估计，由剂量序列表中找出可能的致死剂量范围，在此范围内，每间隔一个剂量给一只动物，测出最低致死量和最高非致死量。观测指标：主要观察动物的死亡情况、毒性反应（如呼吸困难、抽搐、瘫痪等）以及死亡前的行为变化。

2.2.2 最大给药量法

适用范围：适用于低毒的受试物。试验方法：在合理的最大给药浓度及给药容量的前提下，以允许的最大剂量单次给药或24小时多次给药（剂量一般不超过5g/kg体重）。一般使用10~20只动物，连续观察14天。观测指标：主要观察动物的毒性反应（如恶心、呕吐、腹泻、震颤等）、行为变化（如活动减少、嗜睡等）以及体重、体温等生理指标的变化。

2.2.3 固定剂量法

试验动物：首选大鼠。试验剂量：选择5、50、500和2000mg/kg四个剂量进行试验，特殊情况下可增加5000mg/kg剂量。从上述四个剂量中选择一个作为初始剂量；若无有关资料可做参考时，可用500mg/kg作为初始剂量进行预试。预试试验方法：给药前禁食6~12小时，给受试物后在禁食3~4小时。采用一次给药的方式进行。每个剂量给一只动物，预试一般不超过5只动物。观察期至少7天，如毒性反应到第七天依然存在，应继续观察7天。观测指标：主要观察动物的毒性反应、行为变化以及毒性反应的持续时间和程度。

2.2.4 上下法（阶梯法，序贯法）

试验设计特点：节省实验动物，可估算LD50及其可信限。具体步骤：初始给予一组动物一个较低剂量，观察其毒性反应。根据反应情况，逐步增加或减少剂量，直至找到导致一定比例动物死亡的剂量。观测指标：主要观察动物的死亡情况、毒性反应以及行为变化。同时记录每次试验的剂量和结果，用于估算LD50及其可信限。

2.2.5 累积剂量设计法

适用范围：非啮齿类动物急性毒性试验。剂量设计：隔日给予下一个高剂量，剂量逐渐增加，直至出现动物死亡或达到剂量上限位置。剂量设计可以是非线性的，如按照1、3、10、30、100、300、1000、3000等比例递增。观测指标：主要观察动物的毒性反应、行为变化以及体重、体温等生理指标的变化。同时记录每次给药的剂量和时间。

2.2.6 半数致死量法（LD50法）

试验原理：计算导致50%动物死亡的剂量。试验方法：预备实验：先找出100%及0%死亡的剂量，即Dm, Dn。取小鼠9-12只，每组3只，按估计量给药。根据动物的死亡情况，调整剂量，直至确定LD50。观测指标：主要观察动物的死亡情况，并计算LD50及其可信限。同时观察动物的毒性反应和行为变化等辅助指标。三、长期毒性研究

3.1 目的

长期毒性研究，也称为重复给药毒性研究，是评估药物在长时间、重复给药条件下对动物产生的毒性作用的重要手段。其主要目的在于：

发现重复给药可能引起的临床不良反应，包括不良反应的性质、程度、量效和时效关系、可逆性等，为临床试验提供重要的安全性信息。推测药物重复给药的临床毒性靶器官或靶组织，为临床试验中需重点监测的安全性指标提供参考。预测临床试验的起始剂量和重复用药的安全范围，为临床试验的药物剂量设计提供依据。提示临床试验中可能需要的解毒或解救措施，为应对可能出现的毒性反应做好准备。

3.2 试验设计及观测指标

3.2.1 亚慢性毒性

试验期限

亚慢性毒性试验的期限至今尚无完全统一的认识。在中国，一般认为在环境毒理学与食品毒理学中所要求的连续接触为3～6个月，而在工业毒理学中则认为1～3月即可。现有学者主张进行实验动物90天喂饲试验为亚慢性毒性试验，这是由于有研究报道认为动物连续接触外来化合物3个月，其毒性效应往往与再延长接触时间所表现的毒性效应基本相同。

试验设计

实验动物：应选择健康、来源清楚的动物，并考虑与人类代谢相似的动物种类。同时，应兼顾雌雄性别，以便全面了解药物的毒性特征。剂量分组：至少应分为高、中、低三个剂量组，并设立对照组。高剂量组应能充分反映药物的毒性，而低剂量组不出现毒性反应。给药途径：应与临床拟用途径一致，以模拟人类实际暴露情况。观察指标：应包括实验动物的体格检查、日常观察、食耗及饮水量、体重和器官重量等。此外，还应进行血液学、尿液分析、临床生化检验及病理组织学观察等。

观测指标

毒性反应：观察并记录动物在试验期间出现的任何异常症状或体征，如呼吸困难、抽搐、瘫痪等。生理指标：定期测量并记录动物的体重、摄食量、饮水量等生理指标，以了解药物对动物生长和代谢的影响。行为变化：观察并记录动物的行为变化，如活动减少、嗜睡等，以了解药物对动物神经系统的影响。病理学检查：在试验结束后对动物进行病理学检查，包括组织切片、显微镜观察等，以了解药物对动物器官和组织的影响。生化指标检测：通过血液、尿液等样本检测生化指标，如肝肾功能指标、电解质平衡等，以了解药物对动物生理功能的影响。

3.2.2 慢性毒性

其试验设计和观测指标与亚慢性毒性试验类似，但试验期限更长，通常需要数月至数年不等。

在观测指标方面，除了包括亚慢性毒性试验中的各项指标外，还需要增加一些长期效应的观察指标，如致癌性、致畸性、致突变性等。

四、遗传毒性研究

4.1 目的

遗传毒性研究旨在评估药物或化学物质对人体或动物体细胞基因组的潜在损伤，预测其可能引起的长期健康风险，如癌症风险、出生缺陷或其他遗传性疾病。这一评估是药物研发过程中必不可少的部分，确保药物在临床应用中的安全性。

4.2 试验设计及观测指标

遗传毒性研究的试验设计通常包括一系列体外和体内试验，以全面评估化学物质或药物的遗传毒性。以下将详细介绍三种常用的遗传毒性试验方法：Ames试验、染色体畸变试验和微核试验。

4.2.1 Ames试验

试验设计

Ames试验是一种体外基因突变检测方法，利用特定的细菌株（如鼠伤寒沙门氏菌）来检测受试物是否诱发基因突变。试验设计主要包括菌种选择、受试物准备、细菌培养及结果观察等步骤。

菌种选择：选择对突变敏感的鼠伤寒沙门氏菌菌株，如TA98、TA100等。这些菌株在特定的营养缺陷型培养基上生长时，如果发生基因突变，就能恢复其生长能力。受试物准备：将待测化学物质或药物溶解在适当的溶剂中，制备成不同浓度的受试物溶液。确保受试物溶液的浓度、pH值等参数符合试验要求。细菌培养：将细菌接种到含有不同浓度受试物溶液的培养基中，同时设置不加受试物的对照组。在适当的温度和条件下孵育细菌，通常为48-72小时。结果观察：观察并记录细菌的生长情况，特别是回变菌落的数量。通过比较加药组和对照组的回变菌落数量，评估受试物对细菌基因突变的影响。

观测指标

突变频率：计算加药组细菌相对于对照组细菌的突变频率，通常以每皿或每毫升培养基中的回变菌落数表示。突变频率越高，说明受试物的遗传毒性越强。突变类型：通过进一步分析突变细菌的特性，确定突变类型（如点突变、移码突变等），以了解受试物引起的突变类型。不同类型的突变可能反映不同的遗传毒性机制。

Mini-Ames试验

Mini-Ames试验是Ames试验的一种改进方法，它在受试物等浓度下，减少了每皿培养基与受试物的使用量。这种改进使得Mini-Ames试验更加适用于候选化合物的筛选，因为它能够更快地评估大量化合物的遗传毒性，同时降低试验成本。

4.2.2 染色体畸变试验

试验设计

染色体畸变试验通常使用中国仓鼠肺成纤维（CHL）细胞作为试验细胞。试验设计主要包括细胞培养、受试物暴露、细胞固定与染色及显微镜观察等步骤。

细胞培养：在体外培养条件下，将哺乳动物细胞接种到含有不同浓度受试物溶液的培养基中，同时设置不加受试物的对照组。确保细胞来源可靠、培养条件稳定。受试物暴露：根据试验要求设定暴露时间和浓度。在暴露期间，细胞会不断分裂和增殖，从而暴露于受试物中。细胞固定与染色：在暴露结束后，使用适当的固定剂（如甲醇：乙酸混合液）固定细胞，并通过Giemsa、吉姆萨或荧光原位杂交（FISH）等方法对细胞染色体进行染色和标记。显微镜观察：使用显微镜观察染色体的形态和结构，记录染色体畸变的情况。常见的染色体畸变包括断裂、缺失、重复、易位等。

观测指标

染色体畸变率：计算加药组细胞相对于对照组细胞的染色体畸变率，通常以每个细胞中的畸变染色体数或畸变细胞数表示。畸变率越高，说明受试物的遗传毒性越强。畸变类型：记录并分析染色体畸变的类型，以了解受试物引起的染色体损伤类型。不同类型的畸变可能反映不同的遗传毒性机制。

4.2.3 微核试验

试验设计

微核试验是一种评估药物对生物细胞遗传损伤程度的体外试验方法。试验设计主要包括细胞培养、受试物暴露、细胞固定与染色及显微镜观察等步骤。与染色体畸变试验类似，但微核试验主要关注细胞核内微核的形成情况。

细胞培养：选取合适的体外细胞系进行培养，常用的细胞系包括啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)和人外周淋巴细胞等。在体外培养条件下，确保细胞来源可靠、培养条件稳定。受试物暴露：将细胞与待测物质接触，处理一定时间。这一过程中，受试物可能会诱发细胞染色体损伤或断裂。根据试验要求设定暴露时间和浓度，确保受试物与细胞的充分接触。细胞固定与染色：在暴露结束后，使用适当的固定剂（如卡诺氏固定液）固定细胞，以保持细胞形态和结构的稳定性。使用特定的染色剂对细胞进行染色处理，以便于在显微镜下观察微核的形成情况。常用的染色方法包括吉姆萨染色和荧光染色。显微镜观察：使用显微镜观察细胞核内微核的形成情况。微核通常表现为细胞核周围的小圆形或椭圆形的染色质结构。计数微核的数量，通常在多个细胞中计数以获得统计学上有效的数据。

观测指标

微核率：计算加药组细胞相对于对照组细胞的微核率，通常以每个细胞中的微核数或微核细胞数表示。微核率越高，说明受试物的遗传毒性越强。剂量-反应关系：观察不同浓度受试物处理下微核率的变化情况，评估受试物与微核形成之间的剂量-反应关系。这有助于确定受试物的遗传毒性程度和安全性评估。

比较处理组和对照组的微核频率，评估待测物质的遗传毒性。如果处理组PCE微核率有统计学意义的增加，并有剂量-反应关系，则可认为该受试物是哺乳动物体细胞的致突变物。

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End

参考文献

《化学药物急性毒性试验技术指导原则》

《化学药物长期毒性试验技术指导原则》

《药物遗传毒性研究技术指导原则》

其他信息来源于网络检索。

我是郑兴昌，谢谢您的阅读