药物毒理学绪论

药物毒理学

PharmaceuticalToxicology

北京大学公共卫生学院毒理学系

课程安排课程安排

毒（有害作用，副作用）药物的两面性薬（楽在其中，治病）药

（化学物）50年代末60年代初在德国等几个欧洲国家发生的“反应停”事件，约造成12000个畸形儿的悲剧。药品安全问题北京大学公共卫生学院毒理学系郝卫东绪论一毒理学与药物毒理学从生物学角度研究外源因素和内源因素对生物体和生态系统的损害作用与机制，并进行安全性评价、危险度评定/风险评估、危险性管理与交流的科学。毒理学Paracelsus(1493-1541)“Thedosemakesthepoison.”Descriptive

通过各种毒性试验研究环境因素的毒作用

特征。以期为安全性评价和管理法规与措

施的制订提供基础资料。

CategoriesofToxicology

CategoriesofToxicologyDescriptive

通过各种毒性试验研究环境因素的毒作用

特征。以期为安全性评价和管理法规与措

施的制订提供基础资料。Mechanistic

研究环境因素对生物体毒作用的细胞、分

子以及生化机制。

CategoriesofToxicologyDescriptive

通过各种毒性试验研究环境因素的毒作用

特征。以期为安全性评价和管理法规与措

施的制订提供基础资料。Mechanistic

研究环境因素对生物体毒作用的细胞、分

子以及生化机制。Regulatory

依据描述和机制毒理学对毒作用规律的研究成果，协助政府部门制订相关法规条例和管理措施并付诸实施，以确保对化学品、药品、食品等进行有效的管理，保障接触人群的健康和环境安全。 外源化学物(xenobiotics)

在人类生活的外界环境中存在、可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的一些化学物质，又称为“外源生物活性物质”。与外源化学物相对的概念是内源化学物，是指机体内原已存在的和代谢过程中所形成的产物或中间产物。

外源化学种类和数量毒物(toxicant)

以较小剂量进入机体后，能够使生物体发生有害反应、严重功能破坏甚至危及生命的任何物质。毒物（Toxicant）工业毒物：包括生产中的原料、中间体、辅助剂、杂质、成品、副产品、废弃物等。环境污染物：包括生产中排放的废气、废水和废渣，这些污染物可通过空气、水、土壤或食物而危及人类健康。食品中有毒成分：包括天然毒素或食品变质后产生的毒素，以及食品中不合格的添加剂。农用化学物：包括农药、化肥、生长激素等，常因误用、滥用以及农药在食品中的残留而造成危害。嗜好品（如卷烟）、化妆品、其他日用品中的有害成分。生物毒素；又统称毒素，包括动物毒素、植物毒素、细菌毒素、真菌毒素。医用药物，包括兽医用药。药物常由过量使用、致敏作用或特异反应性，引起毒性作用。军事毒物：主要指用作化学武器的化学物。放射性核素，即具有放射能的元素。按研究的化学物分类：金属毒理学、农药毒理学、有机溶剂毒理学等从学科领域分类：有药物毒理学、环境毒理学、食品毒理学、工业毒理学、临床毒理学、法医毒理学、分析毒理学、管理毒理学等从靶器官分类：肝脏毒理学、肾脏毒理学、神经毒理学、生殖毒理学、眼毒理学、

皮肤毒理学、免疫毒理学等从机制研究分类：生化毒理学、分子毒理学、膜毒理学、细胞毒理学、遗传毒理学等药物毒理学根据药物的理化特性，运用毒理学的原理和方法，对其进行全面系统的安全性评价并阐明其毒性作用机制，以便降低药物对人类健康危害程度的科学。

药理与毒理的主要任务区别生理状态病理状态致病（损伤）过程治病（恢复）过程毒理学任务药理学任务

毒理学在药品开发中的作用按照管理机构的有关规定和GLP，进行毒理学试验和安全性评价。进行非GLP毒理学研究来评价动物毒性与人类危险度的关联性，并解决产品开发过程中出现的安全和毒性问题。通过危险度评价，为产品的取舍决策提供科学依据。在产品开发早期，通过毒性筛选或机制研究指导合成更安全的同类化合物（发现毒理学）。1资金投入：毒理学研究和评价在整个新药研究开发的费用中占了相当大的比例，毒理学研究和评价是整个新药研究开发过程中投入最大的部分之一．2花费的时间：毒理学研究和评价几乎贯穿于新药研究开发的整个过程。非临床的研究项目，药理学研究所需的时间只占10％，其余均为毒理学实验研究，其中包括致突变实验(10％)，急性／亚慢性(20％)，生殖与发育毒性(25％)

和致癌性(35％)等实验项目和研究内容．3药政审批：“安全”是各国药政管理监督机构审批新药的

首要考虑毒理学在新药的研究开发中的重要性

1

InvivostudyinexperimentalanimalsMethodsinToxicologyStudyratzebrafishguineapigrabbitc.elegansmonkeydogmouse

1

InvivostudyinexperimentalanimalsAdvantages

·化学物在实验动物产生的作用，大多数情况下可以外推于人·易于控制暴露条件·能评价宿主特征的作用(如：性别、年龄、遗传特征等)Disadvantages·实验动物和人对外源化学物的反应敏感性不同，有时甚至存在着质的差别·暴露的浓度和时间的模式显著地不同于人群的暴露·动物保护和动物福利的压力

2InvitrostudyAdvantages·影响因素少，易于控制·可进行深入的研究(如：机制，代谢)·人力物力花费较少Disadvantages·不能全面反映毒作用·难以观察慢性毒作用StudyMethodsinToxicology3Humanclinicalstudy

Advantages·控制暴露条件·直接获得人体毒性资料

Disadvantages·伦理限制·限于暂时、微小、可逆的效应·一般不适于研究敏感的人群·限于较少量的人群(一般<50)

StudyMethodsinToxicologyⅠ期临床试验初步临床药理学及人体安全评价人体耐受程度和药代动力学为Ⅱ期试验提供设计、剂量依据<100健康受试者Ⅱ期临床试验初步评估治疗作用和安全性为Ⅱ期试验提供设计、剂量依据100-几百名患者多种形式，包括随机盲法对照临床试验Ⅲ期临床试验进一步确证治疗作用和安全性为注册申请提供依据几百-几千名患者随机盲法对照临床试验

新药临床评价

4EpidemiologicstudyinpopulationAdvantages

·真实的暴露条件·涵盖全部的人敏感性Disadvantages·有混杂暴露·多为回顾性

StudyMethodsinToxicologyⅣ期临床试验上市后广泛应用条件下的疗效和安全性评价

StudyMethodsinToxicologyInvivostudyinexperimentalanimalsInvitrostudyHumanclinicalstudyEpidemiologic-studyinpopulationAdvantages·多数情况下可以外推

于人·易于控制暴露条件·能评价宿主特征的作

用·影响因素少，易

于控制·可进行深入的研究·人力物力花费较少·控制暴露条件·直接获得人体毒

性资料·真实的暴露条件·涵盖全部的人敏感性Disadvant-ages·动物和人存在敏感性

甚至毒性性质的差别·暴露模式不同于人群·健康动物向年老

体弱

及患病个体外推的不

确定性·不能全面反映毒

作用·难以观察慢性毒作

用·伦理限制·限于暂时、微小、

可逆的效应·不适于研究敏感

人群·限于少量的人群·有混杂暴露·多为回顾性

药物毒理学发展趋势毒理学研究规范化和标准化－

GLP成为法规毒理学研究必备条件GLP(GoodLaboratoryPractice)为保证试验数据的准确、可靠，对于非临床的实验室研究在研究计划制定、实施、监督、记录及报告等各项工作的过程和条件提出的要求和指导。GLP的主要内容

关键-人员素质

基础-实验设施

手段-SOP

(StandardOperationProcedure）

保证-QAU

（QualityAssuranceUnit）

药物毒理学发展趋势

3Rs及替代方法在毒理学研究中的应用3Rs

在生物医学实验中减少(reduction)、替代(replacement)和优化(refinement)使用实验动物毒理学替代法（ToxicologyAlternatives)包括用组织学、胚胎学、细胞学或计算机等方法取代整体动物实验,以低等动物取代高等级动物等急性毒性替代方法

固定剂量法(flxeddoseprocedure)

急性毒性分级法(acutetoxicclassmethod)

上、下移动法(up／downmethod)皮肤腐蚀性体外替代方法透皮电阻测定(transcutaneouselectricalresistancetest，TER)

人皮肤模型法(humanskinmodeltest)皮肤变态反应和皮肤光毒试验替代方法小鼠局部淋巴结试验法(1ocallymphnodeassay，

LLNA)3T3细胞中性红摄取试验(invitro3T3NRUphototoxicitytest)致畸试验替代方法

胚胎干细胞试验

(embryonicstemcelltest,EST)小鼠胚胎干细胞（ES）在白细胞抑制因子(LIF)作用下可处于不分化状态,去除LIF后,ES在适当的条件下可定向分化。观察受试物对未分化ES的细胞毒性、对ES向心肌细胞分化的影响及对ES分化为成纤维原细胞的细胞毒性，评价其胚胎毒性。致畸试验替代方法

细胞微团(micromass，MM)试验

12天胚龄的小鼠或大鼠中脑细胞、肢芽区细胞。原代细胞进行高密度培养，在受试物作用后，进行细胞增殖和分化的检测。致畸试验替代方法

哺乳动物全胚胎培养

(wholeembryoculture,WEC)试验

孕8.5天小鼠（或9.5天大鼠）→胚胎移植→体外全胚胎旋转培养48h(受试物处理)→发育评价：比较不同组胚胎整体发育以及各重要器官形态分化特点。

药物毒理学发展趋势

预测毒理学的发展毒理学家在药物开发的全部进程中均应发挥积极主动的指导和决策作用。在决定是否合成或测试某类化学药物时，毒理学家根据毒理学模型和QSAR对该类化合物作出预筛选，从而找出毒性较低的潜在的有药理活性的化合物。在化学家合成出一系列类似化合物后，运用快速、低消耗、高通量型体外毒性筛选系统，对其做药理活性和毒性的同步筛选，找出真正的有希望的候选化合物。在此基础上确定该类化合物临床前毒性机制和QSAR，以此指导化学家合成毒性较低的一系列新的化合物；最后毒理学家再按照该类化合物的毒性机制选出合适的体内动物试验模型，对有苗头的化合物做体内毒性评价。发现毒理学(discoverytoxicology)

毒理学发展趋势其它生物学科的最新技术广泛应用毒性作用机制研究进一步深化

毒理组学技术

毒理基因组学毒理蛋白质组学代谢组学建立时间199819981999检测物mRNA/cDNA蛋白质内源性代谢产物检测技术基因芯片2-D/MSNMR/LC-MS数据分析生物信息学生物信息学模式识别基础数据库基因组数据库IPI/SPCOMET

毒理基因组学

从基因组全局上研究毒物作用和基因表达的相互影响，以利用基因组资源和信息研究毒物作用于机体的毒性反应机制。毒理蛋白质组学研究外源化学物引起特定蛋白质群体的改变。核心技术：

二维凝胶电泳蛋白质分离识别技术质谱分析鉴定技术代谢组学代谢组:

一个细胞、组织或器官中，所有代谢组分的集合，尤其指小分子物质。代谢组学:

系统研究代谢产物的变化规律，揭示内源性代谢物质的整体及其变化规律，联系该变化规律与所发生的生物学事件或过程的本质。主要研究手段：核磁共振(NMR)和色谱－质谱联用技术通过分析与毒性作用的靶位和作用机制密切相关的生物体液中的代谢产物谱随时间的变化，可以确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物，从而进行毒理作用机制研究或评价化合物毒性。二毒理学基本概念

毒性和安全性

毒性(toxicity)

指某种化学物对机体产生有害作用的能力。危害性(hazard)

定性表示外源化学物对机体产生有害作用的可能性。安全性(safety)

某种物质在一般的接触情况下，不会引起对健康有害作用，就可认为是安全。安全性是一个相对的概念。危险性(risk)

指一定时期内从事某种活动，如接触外源化学物，引起有害作用，如造成机体损伤、产生疾病或死亡的概率。安全限值

对各种有害因素规定的接触限量要求，在低于此接触量时，根据现有的知识，不会观察到任何直接和/

或间接的有害作用。通常通过最大未观察到有害作用剂量（NOAEL）除以安全系数计算得出。

动物试验外推到人通常有三种基本的方法：利用不确定系数（安全系数）；利用药物动力学外推（广泛用于药品安全性评价并考虑到受体敏感性的差别）；利用数学模型。安全系数(safetyfactor)

是考虑到动物试验结果外推到人群时的不确定性及人群毒性资料本身所包含的不确定因素，确定的安全性界限范围。安全系数一般采用100，为物种间差异（10）和个体间差异（10）两个安全系数的乘积剂量-效应关系和剂量-反应关系

剂量(dose)

接触剂量(exposuredose)

指外源化学物与机体的接触量。

吸收剂量(absorbeddose)

指外源化学物穿过一种或多种生物屏障，吸收进入体

内的剂量。

靶剂量(targetdose)

指到达靶器官(如组织、细胞)的外源化学物和／或其

代谢产物的剂量。毒理学中的剂量通常是指机体接触化学物质的量或给予机体化学物质的量，一般以mg／kg体重表示。

有观点认为，用单位体重表示剂量不如用单位体表面积合适，对于引起等效生物学效应的剂量，用单位体表面积表示的剂量在不同物种间可能更接近。

效应和反应

效应(effect)

指接触外源化学物所引起的生物学改变。此种变化

的程度用计量单位来表示。毒效应是化学物质对机体所致

的不良或有害的生物学改变。

反应(response)

指接触外源化学物的群体中出现某种效应的个体在群

体中所占比例，一般以百分率或比值表示。

死亡

中毒，患病

亚临床变化

体内过量负荷

致突变作用

致癌作用毒作用效应谱(spectrumoftoxiceffects)

机体接触外源化学物后，依外源化学物的性质和剂量，可引起从微小的生理生化指标异常改变到明显的临床中毒表现，直至死亡的多种毒作用表现，称为毒效应谱。

有阈和无阈毒性作用

一般认为，外源化学物的一般毒性(器官毒性)和致畸作用是有阈值的，即达到一定的剂量水平才对机体产生毒性作用；而遗传毒性致癌作用和致突变作用则无阈值，即只要接触就可能产生有害作用。急性毒性和慢性毒性

急性毒性

24小时内一次或多次染毒引起的毒性；

亚急性毒性

在1个月或短于1个月的重复染毒引起的毒性；

亚慢性毒性

连续染毒1-3个月引起的毒性;

慢性毒性

连续染毒6个月-2年，甚至终生染毒引起的毒性。一般毒性和特殊毒性

一般毒性

是与特殊毒性相对而言的，主要包括急性毒性、亚慢性和慢性毒性、蓄积毒性及局部毒性等。

特殊毒性

主要指致癌作用、致突变作用、生殖和发育毒性等。剂量-效应(反应)关系的类型

1．直线型

剂量和由它引起的效应强度或反应发生率严格按比例增减，呈直线关系。仅在某些体外实验中，在一定的剂量范围内存在。2．抛物线型

为先陡峭后平缓的曲线，又称为对数曲线型。即随着剂量的增加，效应或反应的强度也增高，且最初增高急速，随后变得缓慢。如将剂量换成对数值可转变为一条直线。

剂量-效应(反应)关系的类型

3．S形曲线在外源化学物的剂量-反应关系中较为常见。呈两端平缓中间陡峭的“S”形，即在低剂量范围内，随着剂量增加，反应或效应强度增高较为缓慢，然后剂量较高时，反应或效应强度也随之急速增加，但当剂量继续增加时，反应或效应强度增高又趋向缓慢。可分为对称S形曲线和非对称S形曲线两种形式。剂量-效应(反应)关系的类型

3．U形曲线

常用毒性参数

致死剂量

绝对致死剂量(absolutelethaldose，LDl00)

能引起一组观察生物体全部死亡的最低剂量。最小致死剂量(minimumlethaldose，MLD)

在一个观察群体中，仅引起个别生物体发生死亡的最低剂量。

最大耐受剂量(maximaltolerancedose，MTD、LD0)

在一个观察群体中，不引起生物体死亡的最高剂量。

半数致死剂量(medianlethaldose，LD50)

在一个观察群体中能引起50％生物体死亡的剂量。它是依据实验数据，经过计算得到的一个统计值。某些化学物的半数致死剂量（LD50）观察到有害作用的最低剂量(lowestobservedadverseeffectlevel，LOAEL)

通过实验和观察，引起机体某种有害改变的最低剂量。最大未观察到有害作用剂量（noobservedadverseeffectlevel,NOAEL）

通过实验和观察，以现有的技术手段和检测指标，未观察到与受试物有关的毒性作用的最大剂量。阈剂量(thresholddose)

化学物质引起受试对象中的少数个体出现某种最轻微的异常改变的最低剂量。

每日容许摄入量

（acceptabledailyintake，ADI）

是以体重表达的每日容许摄入量，以此量终生摄入无可测量的健康危险性（标准人为60kg）。

最高容许浓度（maximalallowableconcentration，MAC）

指某一外源化学物可以在环境中存在而不致对人体造成任何损害作用的浓度。治疗指数（TheTherapeuticIndex，TI）T.I.=LD50ED50对于药物，常用治疗指数来计算其安全性，TI越大安全性越高。但治疗指数不够完善，没考虑药物最大有效量时的毒性和剂量－反应曲线斜率。故用安全界限来评价药物的安全性比治疗指数更佳。靶器官化学物进入机体后，对体内各器官的毒作用并不一样，往往有选择性，外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官（targetorgan）。毒物直接发挥毒作用的器官称为靶器官；出现毒性效应的器官称为效应器官。效应器官可以是靶器官，或不是靶器官。例如马钱子碱中毒可引起抽搐和惊厥，靶器官是中枢神经系统，效应器官是肌肉。生物学标志(biomarker)

指可反映外源化学物通过生物学屏障进入组织或体液（其原型及其代谢产物）以及引起的生物学后果（包括可测量的细胞、生化组分、结构及功能的改变和行为改变）的指标。接触生物学标志(bioma