化学药物中遗传毒性杂质的识别及其风险评估

2017年6月，国家食品药品监督管理总局加入ICH（国际人用药品注册技术协调会），标志着我国在药品安全方面正式与国际接轨，并在2020年版的《中国药典》中增加了“遗传毒性杂质控制指导原则”（指导原则9306），自此，国内监管机构对遗传毒性杂质研究与控制的关注程度日益提高。

致突变杂质（Mutagenic Impurity）指在较低水平时也有可能直接引起DNA损伤，导致DNA突变，从而可能引发癌症的遗传毒性杂质。

DNA即脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid），是生物细胞内含有的四种生物大分子之一核酸的一种。DNA共有三级结构，其一级结构是指四种核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯链接形成的多核苷酸，由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，又可称为碱基顺序。DNA的一级结构决定其高级结构，高级结构又决定和影响一级结构的功能。

附图1 组成DNA的四种碱基结构

（图片源自：王文娟，盛卸晃等，化学合成碱基对及其DNA结构性能研究新进展，山东师范大学学报（自然科学版），Vol.33 No.3 (2018) 253-264）

在Miller夫妇的理论研究之后，Bruce Ames博士在1975年提出并在1983年完善了致突变物的测试方法，即细菌回复突变实验（Bacterial Reverse Mutation Assay,也称Ames试验），本试验包含鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验和大肠杆菌细菌回复突变试验。

该理论和试验方式起初由Ames等人对已知致癌的300个化合物使用该方法进行验证，后有多位科学家对该方法进行了验证，包括Purchase（Imperial Chemical Industries）、Sugimura（National Cancer Center Research Institute）、Bartsch（International Agency for Research on Cancer）等，以上验证研究中所包含的化合物虽有所重复，但是研究结果显示：接近90%的致癌物显示具有致突变性。

在Miller夫妇所提出“亲电理论”的基础之上，John Ashby等在19世纪80年代提出了致癌性的警示结构概念（Structural Alert），其理论基础是具有相关功能基团或亚结构特征的化合物，可以进攻或修改DNA进而导致产生多种癌症。

John Ashby在对222个已经过NTP（National Toxicology Program）在大鼠和小鼠上研究确认的致癌物进行评估的基础上，评估每个化合物的警示结构片段以及Ames试验的致突变性结果和致癌性试验结果之间的关系。

研究结果显示，含有警示结构片段的化合物与Ames阳性试验结果的相关性约为90%。

附图2 John Ashby提出的包含各警示片段结构虚拟致癌物结构

（图片源自：John Ashby, Fundamental Structural Alerts to Potential Carcinogenicity or Non-carcinogenicity, Environmental Mutagenesis 7:919-921 (1985).）

在Ashby等人相关研究的基础上，Romualdo Benigni和Cecilia Bossa等人在已知的4337个化合物致突变试验结果和1189个化合物致癌性试验结果的基础上，归纳总结了如下具有潜在风险的结构特征：

附图3 Benigni等人整理的警示结构片段

（图片源自：Romualdo Benigni, Cecilia Bossa, Structure alerts for carcinogenicity, and the Salmonella assay system: A novel insight through the chemical relational databases technology, Mutation Research, 659 (2008) 248-261.）

研究者Benigni等人在对相关致癌/致突变的警示结构片段归纳总结后，结合权威数据库约900个化合物的致癌性/致突变性结果，从灵敏度、专属性和准确度三个纬度对警示结构的假设进行了验证，结果显示：

对于致突变性预测，Benigni理论的验证得分为72%至85%，Ashby理论的验证得分为74%至82%；对于致癌性预测，Benigni理论的验证得分为64%至74%，Ashby理论的验证得分为64%至69%。

在对相关杂质进行梳理和识别的基础上，结合QSAR预测及文献检索、数据评价等手段，对相关杂质制定适宜的研究和控制策略，确保相关药品的安全性和有效性，以符合监管部门日益提高的审评要求。

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