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嘉峪檢測網 2022-02-23 13:09
遺傳毒性雜質在很低的濃度下即可誘導基因突變以及染色體的斷裂和重排，因而具有潛在的致癌性。在缺乏雜質安全性數據支持的情況下，在EMA，FDA以及ICH發布的指導原則中均將警示結構作為區分普通雜質和潛在遺傳毒性雜質的主要標志。本文就警示結構的起源、發展和識別進行簡要論述。
藥品并非純凈物質，在其生產和貯運過程中會引入和產生雜質。由于雜質的存在會帶來潛在的安全性風險，對患者“有害無益”，需要在充分研究基礎上加以有效控制。其中，具有潛在致癌性的雜質，更是雜質研究和控制的重點。
自1996年起，ICH相繼發布原料藥雜質研究指導原則（ICHQ3A）、制劑雜質研究指導原則（ICH Q3B）和殘留溶劑研究指導原則（ICHQ3C），針對有機雜質、殘留溶劑的研究和控制建立了全球多數國家和地區遵循的統一標準。這些指導原則中也及“對于能夠產生強的藥理活性或毒性的潛在雜質，即使其含量低于0.1%，仍然建議進行結構鑒定研究”。在之后的修訂版中，還進一步明確“要關注原料藥中的潛在遺傳毒性雜質”，以及“對于毒性非常強的雜質，可能需要制定更低的限度”，但是其中并未明確闡述遺傳毒性雜質的研究和控制問題，也未提出具體的研究原則、控制策略和限度要求。
由于遺傳毒性雜質（前期也譯為“基因毒性雜質”）在很低的濃度下即可誘導基因突變并導致染色體的斷裂和重排，因此具有潛在的致癌性，近年來廣受關注。歐盟、美國藥品監管機構相繼發布了遺傳毒性和致癌性雜質的指導原則。在此基礎上，ICH也針對遺傳毒性雜質著手制訂M7指導原則，目前已經發布了草案。這些指導原則為遺傳毒性雜質的確認、研究和控制提供了指導性建議和技術要求。但是，由于雜質化學結構的多樣性，對于絕大多數的雜質而言，往往沒有充分的基因毒性或致癌性研究數據，因而難以對其歸類。在缺乏安全性數據支持的情況下，這些指導原則采用“警示結構”作為區分普通雜質和遺傳毒性雜質的標志；對于含有警示結構的雜質，應當進行（定量）構-型關系[（Q）SAR]預測和體內外遺傳毒性和致癌性研究，或者將雜質水平控制在毒理學關注閥（TTC）之下。
1.警示結構的起源和發展
化學物質的生物活性（包括毒性）是其自身與生物體內的特定分子相互作用的結果。警示結構正是起源于化合物結構與生物活性的關系研究，尤其是化學結構與毒理學活性之間的關系[]。化學物質中存在的某些功能基團或亞結構單元使其具備與生物體內功能性大分子發生反應的能力，從而表現出這樣那樣的生物活性。因此化學物質的特定基團或亞結構對其生理活性具有提示作用；就化合物的毒性而言，更確切的說是具有“警示”作用。
致癌性是目前最受關注的一類毒性反應。20世紀80年代，Weisburger等開始根據致癌性的產生機制對化學致癌物進行分類研究。目前，一般將致癌物分成兩大類：一類是遺傳毒性致癌物（geno-toxic carcinogens），通過化學鍵合直接破壞遺傳物質產生致癌性，大多數的化學致癌物具有遺傳毒性；第二類是非遺傳毒性致癌物（epicarcinogens，或稱為外遺傳性致癌物），通常不與DNA發生化學鍵合作用，不對DNA產生直接破壞，而是通過遺傳物質外的間接機制引起致癌作用（如促進細胞過度增殖等），這類致癌物在致突變試驗（如Ames試驗）中一般呈陰性結果。盡管非遺傳毒性致癌物的致癌作用機制各不相同，但遺傳毒性致癌物的作用機制卻表現出較高的一致性，這類物質具有DNA反應活性，通過與遺傳物質發生化學鍵合引起遺傳信息的改變并產生致癌性。研究證實，基因突變往往是此類物質產生致癌性的起始步驟。
1970年代，James和Elizabeth Miller夫婦在研究“烷化劑”和“酰化劑”的致癌性的基礎上，首先提出了化學致癌物具有親電性的假設10l；后期的研究又發現，一些本身不具有親電性的物質（如苯胺），通過生物轉化后變成了具有親電活性的代謝產物，因此也具有致癌性。這些發現直接導致了“親電性致癌論”的提出”。這一理論認為“幾乎所有的化學致癌過程都是親電活性的物質（要么自身具有親電性，要么通過體內代謝過程轉化為具有親電性的物質）與生物體內的親核性物質（如核酸、蛋白等）發生結合反應的結果”。時至今日，對于遺傳毒性致癌物而言，這一理論仍然得到廣泛認可，并已成為多個商業化和非商業的毒性預測軟件的理論基礎。
所謂遺傳毒性雜質的警示結構，是指雜質結構中的某些特殊基團或亞單位。這些特殊的結構單元具有與遺傳物質發生化學反應的能力，一旦與遺傳物質發生反應，則會誘導基因突變或者導致染色體重排/斷裂，因此具有潛在的致癌風險。
在Miller夫婦提出致癌物的親電性理論以后，有大量研究人員參與到化學結構和致癌性關系的研究中，有關致癌性化學物質警示結構的報道日益增加。其中Ashby等]總結提出了18種警示結構的模型，并將這些結構特征整合到一個“超級致癌物”的虛擬分子結構中。
相對于普通雜質，致癌性雜質特別是遺傳毒性雜質的安全閥值較低，在很低的濃度下即可能產生致癌風險，因此對其控制要求更加嚴格，由此給生產工藝和檢測手段提出了更高的要求，相應地提高了藥品研發和生產控制的成本。警示結構對于雜質的遺傳毒性和致癌性具有提示作用，對于警示結構的早期識別和規避有助于提高藥物研發的效率、降低生產和控制成本。
2.典型的警示結構示例
Benigni等在前人研究的基礎上，對遺傳毒性和致癌性的警示結構進行了總結和歸納。其中表1為典型的遺傳毒性致癌性物的警示結構，表2為幾個常見的非遺傳毒性致癌物的警示結構。
表1和表2中匯總的警示結構是在多個文獻的基礎上匯總而來，并且已經在一些遺傳毒性和致癌性的預測軟件（如Toxtree）中有多年應用。
應當注意，含有警示結構并不意味著該雜質一定具有遺傳毒性，而確認有遺傳毒性的物質也不一定會產生致癌作用。雜質的理化性質和其他結構特點（如相對分子質量、親水性、分子對稱性/空間位阻、反應活性以及生物代謝速率等）會對其毒性產生抑制或調節作用。警示結構的重要性在于它提示了可能存在的遺傳毒性和致癌性，為進一步的雜質安全性評價和控制策略的選擇指明方向。例如，在ICHM7指導原則草案中，基于基因毒性和致癌性將雜質分為5類，其中第3類就是沒有遺傳毒性數據，但含有與原料藥本身結構無關的警示結構的雜質。對第3類雜質，可以選擇按照指導原則要求將其含量控制在可接受限度（TTC）以內，也可以選擇開展細菌致突變試驗確定其是否具有遺傳毒性，進而確定合理的控制策略。
3.結語
在藥物開發過程中，遺傳毒性和致癌性雜質的研究和控制涉及多個學科，例如原料藥合成工藝、分析、毒理等。在這個多學科交叉的領域內，警示結構承擔了連接工藝質控、分析檢測、毒理學評估的紐帶作用。
由于雜質結構的多樣性特點，多數雜質的遺傳毒性是沒有實驗數據支持的。基于大量理論研究和實踐經驗總結出的警示結構，對于雜質的潛在致癌性有一定提示作用。因此在進行雜質安全性評估和控制策略選擇時，對于缺少遺傳毒性數據的雜質，警示結構作為區分普通雜質和“高活性”雜質的標志可以提高篩選效率、減少毒理學評價的工作量。但是應當指出，警示結構的存在與否并不能明確給出該雜質是否具有遺傳毒性和致癌性的結論。對于缺少遺傳毒性數據的雜質，警示結構可以作為辨識遺傳毒性和致癌性雜質的起點，之后才會考慮啟動構-效關系預測和體內外安全性研究，以進一步確認該雜質是否具有遺傳毒性和致癌性。
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