吴民淑 王广基
(中国药科大学药代研究中心 南京 210009)
摘 要 针对近年来国外正在发展的相伴毒代动力学现状, 介绍了相伴毒代动力学的概念、相伴毒代动力学与药代动力学的差别、相伴毒代动力学在药物毒性研究中的作用及其实验设计方案等。
相伴毒代动力学(Concomitant Toxicokinetics) 是新药研究开发中非常重要的内容, 它是药代动力学( Pharmacokinetics,PK) 与毒理学这两支相对独立学科的结合及互为拓展, 亦是近年来国外关注的新动向。鉴于国内有关这方面的报道较少, 本文简要介绍了国外相伴毒代动力学发展动态。
1 相伴毒代动力学的概念
相伴毒代动力学可定义为大于治疗剂量的药物在毒理实验动物种属中的吸收、分布、代谢及排泄(ADME) 动力学研究。这种毒代动力学测定通常结合于毒性研究, 因此得名为相伴毒代动力学。可见, 该术语是PK 概念的扩展, 但是在剂量范畴上又与PK 差异甚大, 因为相伴毒代动力学研究所用剂量远超出药理或治疗窗范围。
在毒理剂量下, 体内转运系统和代谢酶的饱和、血浆蛋白结合率以及全身生理系统的总反应都可能发生变化。在传统的毒理研究中, 只是简单的给予毒理剂量的药物并记录所观察到的现象。现在看来仅观察动物毒性现象是不充分的, 就象药学研究的焦点从起初仅仅考虑剂量－反应关系上升到现在的药物浓度2反应关系一样, 因此, 毒理学研究也应重视浓度2效应关系[ 1 ] , 即所谓的毒代-毒效关系。
这里应指出, 毒代动力学(Toxicokinetics, TK) 这一正迅速发展起来的研究领域中尚有些概念不明确。相伴毒代动力学可以说是TK 的狭义概念, 而广义上的TK 有其它定义及其应用, 即TK 术语也可用来描述非药品的ADM E 研究, 比如, 污染空气、工作间的有机化学品[ 2, 3 ]、食品添加剂[ 4 ]、有毒金属[ 5～ 8 ] (水银、镉、铝、镍) 及毒素中毒[ 9 ] 等的动力学。
另外, 相伴毒代动力学并不是孤立的, 也不仅仅与毒理试验相关。它通过反映ADME过程, 与临床药代动力学研究密切相关(见附图)。如果没有这种相互联系, TK 将失去其意义。对某些种类的药物来说, TK2PK 相关性研究显得尤为重要。例如, 抗癌药物的毒代-毒效研究在癌症患者迅速获得耐受?有效剂量的剂量升级疗法中有重要参考价值, 是é期临床试验设计的基础[ 10 ]。
2 相伴毒代动力学与PK 之间的差别
PK 作为反映药物处置特性与效应之间相互作用规律的一门学科其发展已经较为完善。相伴毒代动力学起初只是用来证明毒理试验动物的给药情况, 而现在它可提供毒理剂量下药物处置的重要评价依据, 并揭示毒代数据与毒效发生及时效之间的关系。
与PK 相比, TK 中所用高剂量水平会导致体内药物的溶解性、稳定性、吸收、消除、蛋白结合率及代谢等发生变化。
PK 与TK 的研究目的不同, 临床前药代动力学和药效学研究一般可提供较全面的参数, 但也许不是指导人用剂量所必须的。而相伴毒代动力学与毒效学资料的获取, 因动物种系间药物处置特性的变化、器官－组织敏感性不同而相对较困难, 但对于预测药物在人体内的处置及安全性而言, 是极其重要的[ 11 ]。Stahlmann 等进行了sparfloxacin 的毒代动力学与免疫组织化学研究, 结果表明,600mg/kg 单剂量给药不足以引起大鼠关节软骨损伤, 而1800mg/kg 单剂量可发生典型的软骨损伤。sparfloxacin 在关节软骨中每个采样点的浓度均明显高于其它组织, 骨组织中药物浓度范围也类似于软骨组织。这些资料将为合理评价sparfloxacin 的临床安全性提供参考[ 12 ]。可见, 相伴毒代动力学资料是连接毒理试验的现象和人用药物可能发生的不良反应评价之间的桥梁。
3 毒代动力学在毒理研究中的作用
药物或代谢产物在体内随时间变化的浓度和在靶器官中的可逆或不可逆作用控制其生物效应。许多毒理研究表明, 药物或代谢产物的生物效应与它们的血浓或组织浓度相关性比效应与给药剂量的相关性好得多。尽管如此, 目前毒理学在这方面的研究还很少。
在新药研究开发中, 临床前毒理学研究常用两种或三种动物进行新化合物的安全性和靶器官毒性等特征的评价。TK 作为毒理研究的一部分, 用来测定动物对药物的染毒暴露(exposure) 程度, 这些测定包括原形药物和?或代谢产物在血浆(或全血, 或血清) 的浓度, 血浆(或全血, 或血清)AUC、Cmax 和Ctime是毒代动力学研究中评价药物毒性最常用的参数。同时也考察这些参数在毒性研究期间是否发生改变, 并确认毒性试验过程中发生的未料变化及其发生时间, 以提醒毒理学家注意可能出现的非线性动力学以及与剂量相关的变化。Yuan 等研究了可待因的代动力学, 揭示慢毒试验中原药和主要代谢产物随时间的血药浓度变化、生物利用度及主要代谢途径等[ 13 ]。
TK 作为联系种系间以及临床前和临床试验间的桥梁, 能更好地反映临床用药的安全域, 因为它以染毒暴露程度代替了药物剂量。TK 不仅仅是去描述测试药物的基本动力学参数特征, 而是首先应致力于解释毒性试验结果。在毒理研究中, 毒性的增加或减少可能与毒代动力学参数的改变有关, 重复多次给药时动力学参数改变的原因包括药物代谢酶的诱导或抑制、消除器官的损伤或功能异常以及药物分布的变化等[ 14 ]。
4 相伴毒代动力学的实验设计
在毒理试验中, 为了评估受试动物的染毒暴露速率、程度及持续时间, 要定期采样并获得毒代资料。因而, 要么对全体动物、要么对代表性的亚组或卫星组进行测定, 此外, 资料也可以从模拟毒性研究条件进行的其它支持研究中得到。
Goeh l 推荐的毒代动力学研究有三个步骤[ 15 ]。步骤1: 预试验, 用最少量动物来估计血液?组织药物浓度范围、分析方法所需的检测限及毒代研究最优采样时间点; 步骤2: 正式试验, 产生一系列血液?组织药物浓度数据, 计算毒代参数; 步骤3: 与毒理试验相结合的毒代, 即相伴毒代动力学阶段, 判断体内药量和持续暴露对动力学参数的影响。日本制药工业协会(JPMA ) 1994 年对成员公司的102 例问卷调查中也介绍了如何用有限的动物数目进行有效毒代动力学设计及统计分析方法[ 16 ]。
在相伴毒代动力学研究中, 采集体液的时间点应达到所需的频度, 但不可过于频繁以至于干扰正常的毒理研究活动和引起动物过度的生理应激反应。目前主要有两种实验设计方案, 即连续采样法( serial-samp ling) 和稀疏采样法( sparse-sampling)。在较小的啮齿类动物中重复采血可能影响动物健康而威胁正常毒理评价的进行, 而一种保守方法可避免这种缺点, 即设立卫星动物组进行连续采样, 卫星动物组与主体动物组保持平行, 其处理和饲养条件与主体研究动物相同, 但不需监测其毒性效果而主要为TK 研究所用;后一种方法则不需设立卫星动物组而直接从主体动物中进行稀疏采样[ 17, 18 ]。显然, 前者需要更多的动物数目、更多的药量及更多的劳力, 因此, 目前人们对后一种方法较为关注。
Chasseaud 列出了大鼠在灌胃给药6 个月慢毒试验期间毒代监测的设计方案[ 1 ] (见表)。每个剂量水平均包含卫星动物组。
六个月慢毒试验期间毒代监测采血点a
|
每个剂量组的亚组 |
大鼠数目(雌雄各半) |
采样点第一天和六个月(h r) b |
|
A |
8 |
0 |
2 |
7 |
|
B |
8 |
0.5 |
3 |
12 |
|
C |
8 |
1 |
5 |
24 |
a: 卫星动物分布在每个剂量组的亚组里, 每只卫星动物在第一天和第六个月时各采血3 次, 第30 天和第90 天各采血1 次, 这种设计需添加72 只卫星动物并产生576 个血样b: 每个亚组的动物在第30 天和第90 天各采血1 次,A 组在预期的Tmax′, B 组在Tmax′／2 , C 组在24 小时(即Tmin)。
新药的研究和开发是一个不断地在临床和非临床之间反馈的动态过程, 无硬性规定的详细毒代动力学应用程序可推荐。不必在所有研究中收集毒代动力学数据, 应具体问题具体分析, 当判断这些数据有价值时, 即对其进行收集分析, 以使之能提供足够的资料评价药物的风险性和安全性。
5 展 望
1994 年10 月国际协调会议( ICH ) 采纳了欧、美、日三方协调指导原则, 对相伴毒代动力学的实验计划制订了研究指南。该指南旨在使人们理解相伴毒代动力学的意义和应用, 并指导相伴毒代动力学试验计划的制订,它强调药代动力学与毒性实验相结合将有助于解释毒理学中发现的现象并促进合理的实验设计。此指导原则已由这3 个ICH 地区的管理部门实施。
可见, 相伴毒代动力学是近年来才被毒理学领域所关注的焦点, 促进这项研究的必要性在药学界已形成共识, 它将有助于阐明毒效或靶器官的毒性。随着人们在这一领域的努力探索, 相伴毒代动力学在新药研究和开发中的重要性将会越来越明显。
参考文献