药物毒理学：第一章 毒理总论

1、药物毒理学 Drug Toxicology,一、药物毒理学的定义 药物毒理学: 研究药物与机体的有害交互作用及作用规律的科学。 药物: 是指用于治疗、预防和诊断疾病的化学物质，是人类与疾病作斗争的重要武器。,第1章 绪 论,药品对人类而言是一把双刃剑，可以防止疾病，同时也可因为不良反应危害人类。世界卫生组织统计资料显示，各国住院病人药物不良反应发生率为10-20%，5%因用药不当死亡，在全世界死亡人口中有13死于用药不当。在美国，因用药不当死亡人数居心脏病、癌症、中风之后，排名第四！,在我国不合理用药占用药总数的11-26%。我国每年有5000多万人次住院，其中因药物不良反应住院的有250多万

2、，因此死亡者近20万！还有因滥用抗生素引起的中毒性耳聋上百万，药物瘾癖、致畸、致盲、肝肾损害、致细胞突变等药源性疾病的发病率已达30%！,药物（drug）：指能影响机体的生理功能，可以用于预防、诊断和治疗疾病的物质； 毒物（toxicant）：指以较小剂量即可对机体产生有害作用的物质。 药物与毒物之间并没有严格的界限，任何药物在剂量绝对或相对过大，以及在治疗剂量下都可能对机体产生包括毒性作用在内的不良作用。 治疗作用和不良反应是药物本身所固有的两重性作用。药物毒理学着重研究药物的毒性作用。,药物毒理学运用毒理学的原理和方法对药物进行全面系统的安全性评价并阐明其毒性作用机制, 目的在于降低药物对

3、人类健康的危害程度。 研究药物对机体的有害作用及作用机制，即药物毒效动力学（drug toxicodynamics），又称药物毒效学； 研究机体对产生毒性作用的药物的处置动态变化及规律，包括产生毒性作用的药物在体内随时间发生的量和质的变化，即药物毒性代谢动力学（drug toxicokinetics），又称药物毒代学。,药物毒理学作为一门基础学科，与其它生命科学如药理学、毒理学、生物学、生理学、生化学、病理学及统计学等有着广泛的联系； 同时它也是一门应用科学，在指导新药筛选、新药安全性评价及临床安全合理规范用药，保障人类的健康方面发挥着重要的作用。 药物是人类用以防治和诊断疾病的特殊商品，如果

4、没有对症下药，或用法用量不适当，均会影响人的健康，甚至危及生命。药品的基本要求是安全有效、质量可控。药物毒理学特别关注由于用药所产生的机体损害性变化。,早期毒理学：研究不同毒物的使用，着重毒物对机体的急性危害或致死作用。 现代毒理学： 研究在特定情况下，生命有机体接触化学、生物或物理物质产生有害作用（毒性）的科学。 研究毒物的作用机制。 对外源性物质的安全性评价和危险性评估。,二、药物毒理学的发展史,二甘醇磺胺酏剂 药物：二甘醇磺胺酏剂，治疗感染； 时间: 1937； 国家: 美国； 危害：107人肾功能衰竭死亡； 原因： 意义： 这次事件促成了美国食品、药品和化妆品法法案的确立和美国FDA（

5、Food and Drug Administration，食品药品监督管理局）的成立。 法案要求在美国新药必须经过FDA的安全性检查，被批准后才可合法上市销售。,沙立度胺与海豹畸形 药物：沙立度胺，反应停； 治疗妊娠呕吐； 时间: 1957年上市； 国家: 欧洲、日本等地； 危害：海豹畸形； 原因：沙利度胺未经过严格的临床前毒理实验，再加上药物上市后制药厂又隐瞒了已收到有关沙利度胺毒性反应的报告 意义： 美国FDA当时审查该药时发现其缺乏足够的临床试验数据而拒绝进口，从而避免了此次灾难。 此次事件激起了公众对药品安全性及药品监督法规的普遍兴趣，使人们对药物毒理学在保证用药安全方面的作用的认识提

6、到了新的高度。 美国也由此对食品、药品和化妆品法做了重大修改，确定了新药上市审批的必要程序，例如新药上市前须向FDA提供临床实验证明的安全性和有效性的信息；同时规定FDA有权力将已经上市销售的但被认为缺乏安全性的药品从市场上取缔。,拜斯停与横纹肌溶解症 药品名：西立伐他汀钠片 治疗：高脂/胆固醇血症； 德国拜尔公司，1997年上市；我国2000年4月进口； 危害：横纹肌溶解症，肾损害； FDA于2001年8月8日，我国于2001年8月9日，禁止使用拜斯停。,盐酸苯丙醇胺与脑卒中 药物：盐酸苯丙醇胺，PPA; 鼻塞； 含于多种感冒药中（当时的康泰克、康得、感冒灵胶囊）； 危害：出血性脑卒中； F

7、DA于2000年11月6日，我国于2000年11月14日撤销一切含PPA的制剂。,氨基糖苷类抗生素与耳聋 药物：庆大霉素，卡那霉素； 治疗：感染性疾病； 危害：我国聋哑儿童180万，药物致聋哑占60%，约100万。,严重的药害事件使人们认识到新药临床前等药物毒理学研究的重要意义。,三、药物毒理学的任务和研究领域 药物毒理学为临床安全用药服务，其主要学科任务是： 通过临床前和临床毒理学试验研究，观察新药对机体健康的危害作用及程度，观察已上市药物的不良反应和药物相互作用，为新药的安全性评价提供客观的试验资料依据； 阐明药物的毒性作用机制和相关的防治措施，为指导开发安全有效的新药和指导临床合理用药提

8、供理论依据； 为药物的风险管理，包括相关政策和法规的建立和完善，提供理论和实践依据； 参与新药研发早期的化合物筛选，减少因药物毒性导致的新药开发失败，提高药物研发成功率。,药物毒理学研究的领域,1、描述性毒理学（drug descriptive toxicology） 主要观察和研究药物对人体的作用和影响，包括药物临床前毒理学研究和药物临床毒理学研究。考虑药物毒性的结果，为药物安全性评价和其他常规需要提供信息。主要内容：急性或长期毒性、遗传毒性、生殖毒性和致癌性；毒物的代谢和清除、毒物的吸收分布蓄积；毒性作用的量效试验。临床描述毒理学研究主要包括期临床试验中的安全性评价及药物上市后的不良反应监

9、测（即期临床试验） 2、机制毒理学 通过实验，阐明药物产生毒性的细胞或组织生理生化改变，确定并阐明药物产生毒性的机制。 例如，检测代谢酶谱的变化，可以预测有无潜在的药物相互作用，是否有可能引起有毒中间体和活性氧的增加；研究药物毒性作用与药物化学结构的关系，可以为设计和优化安全有效的药物化学结构提供重要信息。 意义：危险性评估，指导药物的设计。,3、药物管理毒理学 主要是指国家药政部门根据药物描述毒理学和机制毒理学研究资料以及相关的法规，制定允许药物进入临床研究和上市的要求和批准程序，提出对药物安全性评价和临床研究的指导原则及上市后药物不良反应监测的规定。 药物管理毒理学的研究内容有：药品管理法

10、、药品管理法实施办法、新药临床前安全性评价研究的内容与要求、新药临床安全性评价研究的要求、GLP和GCP（Good Clinical Practice，优良临床试验规范）及其实施办法、新药非临床研究的技术指导原则、新药临床研究(安全性部分)的技术指导原则、新药上市后安全性评价的流行病学调查要求、以及其他与药物安全性有关的规定等。,1发现毒理学的兴起和发展 发现毒理学（discovery toxicology）是指在新药研发早期即新药发现阶段，与药效学筛选、药理学机制及药动学等研究并行开展的，对新化合物实体（new molecular entities, NMEs）的毒理学研究。通过早期药物毒性

11、筛选，可以及时发现和淘汰因毒性问题而不适于继续研究开发的化合物或化学结构，更客观、更科学地评价NMEs的开发前景，从而降低药物创新费用，提高研发成功率。,四、药物毒理学的发展与展望,23R原则的倡导和实施 药物毒理学的研究方法主要包括实验动物整体实验（体内试验，in vivo test），离体器官及培养细胞等的离体实验（体外实验，in vitro test），临床试验和流行病学调查等。 从动物的福利等因素考虑，近几十年来逐步倡导和实施实验动物使用的3R（Reduction减少、Refinement优化、Replacement替代）原则。,Reduction是指尽可能采用体外方法（如体外细胞毒性

12、实验）或非生物学方法以减少使用活体动物的整体毒性实验。 Refinement是指在必须用动物实验的情况下，改进和完善实验程序、优化设计方案、并给动物创造一个良好的实验环境，尽量减少实验动物的痛苦和不安。 Replacement是指用其他方法替代动物达到某一实验目的。如采用没有感觉的生物材料，或用低等动物（如线虫、斑马鱼等）代替高等动物。,3新技术和新方法的应用 高通量筛选技术、转基因动物技术、基因芯片技术都已应用在药物毒理筛选的研究中。 采用各种组学技术包括基因组学（genomics）、蛋白质组学（protemics）和代谢组学（metabonamics）技术，通过观察基因表达谱、蛋白表达谱和

13、代谢产物的变化，可以用以预测和理解先导化合物的毒性作用和毒性作用机制。,4多学科评价体系的形成。 新药研究是一项高投入、高技术、高淘汰、高风险的长期复杂系统工程。安全性是决定新药研发成功的关键因素， 但是一种化合物可能毒性很强，但是在其他方面有突出的表现，如药效学上比上市药物明显改进，或者可以作为尚无治疗手段疾病的候选药物等。 所以对于药物的研发前途要进行多学科，包括括毒理学、药理学、药物化学、药代学、遗传学、临床医学和其他相关学科如流行病学和统计学的综合评价。,药物毒理学在药物研发及应用的整体进程中，针对不同研发阶段可能出现的药物安全性问题，开展相应的药物毒性作用及其机制的研究， 该学科将在

14、提高新药发现的成功率、保障用药安全方面发挥越来越重要的作用。,第2章 药物毒效动力学,毒物（人工制造的）与毒素（天然产生的） 分类方法： 靶器官（肝、肾、造血系统） 用途（药物、化妆品、溶剂、食品添加剂） 来源（动物、植物） 毒性作用（致癌、致畸,致突变） 作用机制（巯基抑制剂、高铁血红蛋白形成剂）,毒性物质的分类,药物对机体的有害作用亦称为药物毒性作用，药物应通过严格的安全性评价后方可使用，一般，药物在治疗剂量下并无明显毒性，但当用药剂量过高、用药时间过长或机体反应性过高时才会出现毒性。 速发性毒性作用和迟发性毒性作用：前者是于一次用药后短时间内甚至即刻出现毒性，如青霉素引起过敏性休克；后者

15、是于一次或多次用药后经一定时间才出现毒性，如有机磷酸酯类引起的迟发性神经毒作用、某些药物长期用药可诱发肿瘤发生。 局部毒性作用和全身毒性作用：前者是指药物在用药部位直接引起的有害作用，如药物制剂对眼及皮肤的刺激作用；后者是指药物被吸收入血后分布到组织、器官所呈现的有害作用。 普遍毒性和选择性毒性：前者指药物具有普遍细胞毒性作用，如某些抗癌药；后者包括物种选择性毒性、靶器官选择性毒性等。靶器官（target organ）是药物直接发挥毒性作用的器官，如巴比妥类急性中毒引起靶器官中枢神经系统深度抑制，又如肝脏是多种药物毒性的靶器官。,第一节 药物毒性作用的分类,速发性毒性作用：治疗过程中，给药后不

16、久出现的。 迟发性毒性作用：给药后很久才出现的。如乙烯雌酚。 可逆性毒性效应：停药或减量后可以逐渐减轻消失（肝脏）。 不可逆性毒性效应：一旦出现，就不可逆转（脑神经、致癌、致畸） 。 局部毒性作用： 全身毒性作用：,第一节 药物毒性作用的分类,药物不良反应 （adverse reaction)：凡是不符合用药目的并为病人带来不适或痛苦的有害反应统称为药物不良反应。 药物不良反应包括：副反应、后遗效应、停药反应、毒性反应、变态反应、特异质反应、致癌性、致畸性、致突变性、依赖性。 药源性疾病(drug induced disease ): 少数较严重的不良反应较难恢复，成为药源性疾病。如：庆达霉素

17、引起的神经性耳聋，肼屈嗪引起的红斑狼疮。 药物毒性作用：药物对机体的有害作用称为药物毒性作用，用药剂量过高、用药时间过长或机体反应性过高时才会出现毒性。,药物毒性作用类别,药物不良反应 （adverse reaction)：凡是不符合用药目的并为病人带来不适或痛苦的有害反应统称为药物不良反应。 包括：副作用、后遗效应、停药反应、毒性反应、变态反应、特异质反应、致癌性、致畸性、致突变性、依赖性；,不良反应（adverse drug reaction, ADR）是指上市的合格药品在常规用法、用量情况下出现的，与用药目的无关，并给患者带来痛苦或危害的反应。,副作用（side effect） ： 一种

18、药物常有多种作用，副作用（side effect）是由于药物作用选择性低，作用范围广，在治疗剂量引起的，与用药目的无关的作用。副作用一般较轻微，停药后可恢复，危害不大。副作用随用药目的不同而改变，如阿托品作为麻醉前给药抑制腺体分泌，则术后肠胀气，尿潴留为副作用，而当阿托品用于解除胆道痉挛时，心悸、口干成为副作用。,毒性作用: 药物对机体的有害作用称为药物毒性作用。用药剂量过高、用药时间过长或机体反应性过高时才会出现毒性。 变态反应和特异质反应也归属于药物毒性作用。 在一般情况下是可以预知的，也是应该避免在临床发生的，但不一定是可以避免的。,药源性疾病 （drug induced disease

19、）: 药物不良反应在一定条件下可以构成药源性疾病。 以药物为致病因子引起人体功能或组织结构损害，并具有相应的临床症状和体征的疾病。 如：庆达霉素引起的神经性耳聋，肼屈嗪引起的红斑狼疮。 药源性疾病可在药物常规用法、用量情况下出现，也可在超量或其他不正当使用时出现。,毒性作用,从药物研发角度看药物的毒性作用 急性毒性作用； 长期毒性作用； 特殊毒性作用； 给药部位的局部反应； 一般药理研究（安全药理研究）；,副作用, 在治疗剂量下不出现，仅在剂量过大、用药时间过长或体内药物蓄积过多时才出现的反应。 例：利福平 一般是可以预知的，是应该避免的。,（一）毒性反应 (toxic reaction ),

20、从药理毒理学的角度而言，药物的毒性作用包括以下几种：,毒性作用, 急性毒性损害：循环、呼吸及神经 慢性毒性损害：肝、肾、骨髓、内分泌,新药临床前评价： 急性毒性试验：治疗指数、 对机体的可能损害； 慢性毒性试验：慢性毒性的靶器官、 损害可逆性。,毒性反应是药物不良反应的一部分，往往是药物固有的作用，在剂量过大或蓄积过多时出现的危害性反应。 在一般情况下是可以预知的，应该可以避免在临床发生。 分为急性毒性和慢性毒性，急性毒性一般多损害循环、呼吸、神经系统，而慢性毒性一般多损害肝、肾、骨髓、内分泌系统等。如镇静催眠药地西泮应用过量后发生急性中毒，可导致中枢抑制甚至昏迷；而利福平在抗结核治疗时，需长

21、期用药，可对肝脏造成慢性损伤。 评价药物的急性毒性和慢性毒性分别采用急性毒性试验（acute toxicity test，单次给药毒性试验，single dose toxicity test）和长期毒性试验（long-term toxicity test，又称重复给药毒性试验）来进行。,（一）毒性反应,（二）变态反应(allery),变态反应也称为超敏反应（hypersensitivity），是机体受到某些抗原刺激时出现生理功能紊乱或组织细胞损伤的异常适应性免疫应答所致的反应。 特点：因人而异，常见于过敏体质者，其性质与药物固有的效应及所用剂量均无关，用药理拮抗剂解救亦无效。,临床表现：皮疹、

22、皮炎、支气管哮喘、过敏性血小板减少、肝肾功能损害、过敏性休克，严重的可致死。 过敏物质：药物本身或代谢物或杂质。例：青霉素。与水解产物的青霉噻唑酸和青霉烯酸有关。现用现配。 皮肤过敏试验：有作用，但有局限。 询问过敏史。慎用易引起变态反应的药物。 新药临床研究可以发现一些有变态反应的药物，但由于种属差别，有局限性。 常选豚鼠作实验动物。,型超敏反应，即速发型超敏反应； 又称过敏反应（anaphylaxis），主要由特异性IgE抗体介导产生，可发生于局部，亦可发生于全身。 型超敏反应，即细胞毒型或溶解型超敏反应； 型超敏反应，即免疫复合物型或血管炎型超敏反应； 型超敏反应，即迟发型超敏反应。,超

23、敏反应的分型,（三）致癌性（carcinogenesis）, 属于长期用药产生的毒性：,遗传毒性致癌物,非遗传毒性致癌物,致癌, 可以是迟发效应：,己烯雌酚,胚胎,20-30年,阴道癌,药物的致癌毒性是指药物引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的作用。损伤遗传物质：抗肿瘤药破坏DNA的结构，可诱发新的肿瘤；非遗传物质损伤途径致癌：干扰抑癌基因表达。, 已被列入致癌物或能致癌物的有： 乙烯雌酚、苯丁酸氮芥、环磷酰胺、右旋糖酐铁、非那西丁、羟甲烯龙、, 已有致癌报道： 利血平、多巴胺、氯霉素、苯妥英、苯巴比妥、异烟肼、苯丙胺、黄体酮、氯贝丁酯、煤焦油软膏。,（四）生殖毒性和发育毒性 (re

24、productive and developmental toxicity）,生殖毒性：针对育龄人群，用药后对生殖系统及与生育相关的神经或内分泌系统产生的毒性。 发育毒性：关注药物对胚胎的影响，特别是药物的致畸毒性。 多代生殖毒性评价：涉及药物对子代生殖系统的影响。,（五）致突变与遗传毒性 (mutagenesis and genetic toxicity ),药物的致突变作用即药物引起的遗传物质发生可遗传的结构改变。某些药物可损伤遗传物质而发生致突变作用，从而产生对机体本身（血液系统、致癌毒性）及其后代（致畸毒性）的影响。 药物的致突变作用可分为：显微镜下可见的细胞染色体畸变或细胞微核形成，

25、如细胞染色体数目与结构的改变；不能直接观察到的基因突变，如碱基置换和移码突变。,基因突变的后果,损害细胞排除,DNA 损害,血液系统疾病、 癌变（致癌毒性）,畸变 （致畸毒性）,损害细胞成活,（六）特异质反应 （idiosyncrasy）, 用药者有先天性遗传异常，对某些药物反应特别敏感，出现的反应性质可能与常人不同。药理遗传异常所致。 特点：与药物的固有药理作用基本一致、严重程度与剂量成比例，药理拮抗药解救可能有效。 抗疟药伯氨喹引起葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏者溶血性贫血，高铁血红蛋白血症。,G6PD缺乏易引起溶血性贫血、高铁血红蛋白血症,不能对抗伯 氨 喹的 氧化性6-羟基衍生物的氧化性损

26、伤,保护红细胞膜,保护红细胞膜 还原血红蛋白,（七）依赖性（dependence） 药物与机体相互作用，使用药者产生一种强迫性的定期用药行为，以体验某种精神效应，并避免不用药所致的不适，此即药物的依赖性。 药物依赖性分为躯体依赖性（physical dependence）和心理依赖性（psychologic dependence）。 躯体依赖性是由于机体对反复使用的药物产生了适应，一旦停药，患者将发生一系列生理功能紊乱，即戒断症状。如阿片类药物应用不当可引起成瘾性，停药会产生戒断症状。 心理依赖性指用药后产生的欣快、满足感，精神上不能自制，有强烈的周期性用药的欲望。,药物不良反应分为 甲（A）

27、型不良反应： 是药物的药理作用增强所致，其特点是可以预测，一般与药物剂量有关，其在人群中的发生率虽高，但死亡率低。 乙（B）型不良反应： 正常药理作用完全无关的一种异常反应，通常很难预测，常规毒理学筛选不能发现。虽然其发生率较低，但死亡率较高。如青霉素过敏。,药物研制开发（临床前研究）时如何观察药物的毒性作用 新药物临床前药理毒理研究的主要内容:,一般药理研究,急性毒性作用,长期毒性作用,特殊毒性作用,部位局部反应,药物毒理学研究,安全性药理研究,毒性作用,副作用,第二节 药物毒性作用及其机制, 毒性作用可分为：功能损伤和结构损伤； 药物毒性作用发展的潜在阶段：包括其进入靶器官组织、与靶分子（

28、target molecule）相互作用、细胞功能障碍及修复障碍的四个阶段 ； 机制研究的意义：4方面：预测毒性作用的结果；估计药物引起有害作用的可能性，建立防护和对抗毒性效应的措施，设计低毒性的药物）。,药物毒性作用发展的潜在阶段,到达,与靶分子相互作用,细胞功能紊乱、损伤,修复紊乱,:磺胺类,：河豚毒素,：坏死、癌症，纤维化,一、终毒物和靶分子,终毒物： 终毒物（ultimate toxicant）是在靶组织发挥毒性作用的药物原形或其代谢产物以及在生物转化过程中产生的活性氧和活性氮等物质。 药物作用的强度取决于终毒物在作用部位的浓度和持续时间。 与内源性靶分子（受体、酶、DNA、大分子蛋白

29、、脂质）起作用，并导致结构或功能改变的毒性作用化学物质； 原型药（TTX）、药物代谢产物（苦杏仁苷）、药物在生物转化中产生的活性氧（多柔比星，呋喃妥因，伯氨喹，甲硫咪唑）。,二、终毒物与靶分子的反应,与靶分子相互作用,二、终毒物与靶分子的反应,靶分子,靶分子属性 反应性 易感性 关键功能,反应类型 非共价键结合去氢反映 共价键结合 电子转移 酶反应,靶分子,结果 功能紊乱 结构破坏 新抗原生成,终毒物,高易感性：能成为终毒物作用靶分子的内源性分子必须对终毒物具有易感性（亲和力），如具有特异性空间构型，还应具有高反应性（效应力），在终毒物达一定浓度时即可与之发生反应。 终毒物首先接触的靶部位通常

30、是与其代谢有关的酶或邻近的细胞结构。如抗甲状腺药甲巯咪唑在体内被甲状腺过氧化物酶灭活，它可以与该酶形成活性自由基代谢物；四氯化碳经细胞色素P450活化后，可损害催化它代谢的酶及其邻近的微粒体膜。活性代谢物如果在形成的位点无适当的内源性分子，可向周围扩散，直至与合适的靶点结合。 具有关键功能：终毒物改变靶分子的方式与其毒性机制相关。,靶分子属性,靶分子属性,靶分子通常是 也可以是 一般不是,大分子：核酸和蛋白质 小分子：膜脂质 高能化合物：ATP和辅酶A,靶分子是： 酶：甲硫咪唑与甲状腺过氧化物酶。 受体：吗啡与阿片受体。 离子通道：河豚毒素与钠离子通道。 DNA: 黄曲霉素与DNA。,（一）毒

31、物与靶分子反应类型,1、非共价键结合： 氢键、离子键、静电引力、范德华力、偶极相互作用力； 终毒物和膜受体、细胞内受体、离子通道和某些酶相互作用； 士的宁与甘氨酸（抑制性）受体结合(阻断）;佛波酯（phorbol ester)与蛋白激酶C结合；华法林与维生素K环氧化还原酶。 因为键能相对低，通常是可逆的；,2、共价键结合： 共价结合具有不可逆性，能从结构上改变体内生物大分子，因此在药物毒理学上有重要意义。 一些亲电子剂如非离子、阳离子亲电子剂以及自由基阳离子等，可与生物大分子（蛋白质和核酸等）中的亲核基团发生反应，形成共价加合物。 药物在生物转化过程中产生的自由基可与生物大分子共价结合。,3脱

32、氢反应 自由基易引起内源性化合物脱氢，本身获得该氢原子，使这些化合物成为新的内源性自由基。 自由基使巯基化合物脱氢后生成巯基自由基(R-S)，并进而成为次磺酸（R-SOH）和二硫化物（R-S-S-R）等其他巯基氧化物的前体。 自由基使脱氧核糖脱氢产生C-4自由基，该基团经过水解后可导致DNA链断裂。 游离氨基酸或蛋白质多肽链氨基酸残基的-CH2基团脱氢后成为羰基化合物，可与胺类发生反应，形成DNA或蛋白质的交联。 脂肪酸去氢后会产生脂质自由基，从而启动脂质过氧化。,4、氧化反应：药物可使血红蛋白上的Fe2+氧化成Fe3+，导致高铁血红蛋白血症。亚硝酸钠可以直接氧化血红蛋白；而苯胺类（如非那西丁

33、）、酚类（如5-羟基伯氨喹）药物因能产生氧化自由基，也能导致高铁血红蛋白的形成。,5、酶反应：酶促反应 某些药物能作用于特殊靶蛋白，通过酶促反应发生毒性作用。如尿激酶、链激酶等就是通过酶促反应发挥药理和毒理作用。,（二）终毒物与靶分子相互作用的的结果,1靶分子功能紊乱 吗啡：阿片受体 激活； 佛波酯：蛋白激酶C 激活; 阿托品：胆碱能M受体 阻断； 筒剑毒：胆碱能N受体 阻断； 士的宁：甘氨酸受体 阻断； 河豚毒素：钠离子通道 阻断； 长春碱：微管蛋白 防碍聚合； 松胞菌素：肌动蛋白 解聚；,2、靶分子结构破坏： 与DNA分子形成加成物 黄曲霉素与DNA:造成复制时核苷酸错配。 阿霉素与DNA

34、：嵌入DNA双螺旋结构。 通过交叉联结等使靶分子结构破坏：氮芥,3、新抗原形成 氟烷：肝炎样综合征； 药物蛋白加成物：药源性狼疮、药源性粒细胞缺乏；,三、细胞功能障碍及其导致的毒性,到达,与靶分子相互作用,细胞功能紊乱、损伤,修复紊乱,药物与靶分子相互作用后可引起细胞功能紊乱或损伤，这是毒性发展过程的第三阶段。 这种细胞功能障碍可能有2种类型，即细胞调节障碍和细胞维持障碍。 细胞调节障碍：有些程序决定细胞的命运，即增殖、分化及凋亡；有些程序决定已分化细胞的瞬息活动，如分泌、收缩或舒张、转运及代谢等。 细胞维持障碍：维持细胞、细胞器自身的完整性（细胞内部功能）和支持其它细胞完整性的维持（细胞外部

35、功能）。,药物毒性作用引起的细胞功能障碍的类型取决于受影响的靶分子自身的作用。 靶分子与调节作用有关，则可表现为基因表达调节障碍和（或）细胞瞬息活动调节障碍。 靶分子主要参与细胞的内部维持，产生的功能障碍可能影响到细胞的存活。 靶分子的反应如果影响细胞行使外部功能，则可能影响其他细胞及整个器官系统的功能。,细胞 调节,细胞 维持,基因表达失调,细胞活动失调,内部维持失调,外部维持失调,靶分子 的作用,不适当的： 细胞分裂肿瘤形成，致癌 凋亡组织退化，致畸,如，不适当的神经肌肉活动： 震颤、惊厥、痉挛、心律失常,损伤： ATP合成、钙调节、 蛋白合成、微观功能、膜功能,集成系统功能损伤 如：止血

36、出血,毒性发展第三步：细胞的调节或维持功能改变,（一）毒物源性细胞调节紊乱,1、基因表达失调： （1）转录失调：,转录: DNAmRNA,转录因子,外源药物/毒物,配基活化,在极量或发育的关键时期引起配基活化转录因子介导的毒性。 P15 表1-1,最常见的例子是激素（类固醇和甲状腺素）和维生素（维生素A和D）等内源性或天然化合物通过激活转录因子而影响下游靶基因的表达。 摄入极端剂量或在个体发育的关键时期摄入天然配体或药物可产生相应的毒性作用。 作用于配体激活转录因子而产生相应毒性作用的药物有：炔雌醇和乙基乙烯雌酚、地塞米松、视黄酸、苯巴比妥、螺内酯和环丙氯地孕酮等，这些药物的内源性配基分别是雌

37、二醇、皮质醇和黄体酮、全反式视黄醇、雄烯醇、黄体酮。 炔雌醇与雌激素受体结合后，诱发乳腺癌发生；而地塞米松诱发淋巴细胞凋亡，并有致畸作用；视黄酸、苯巴比妥、螺内酯和环丙氯地孕酮等也出现以致畸、致癌为主的毒性作用,（2）信号转导失调： 干扰细胞内信号传导系统 例：药物毒性作用引起的凋亡： 烷化剂引起胸腺细胞凋亡 肝毒物引起肝细胞凋亡,（3）信号产生失调：,垂体：促甲状腺激素 TSH,下丘脑：促甲状腺激素释放激素 TRH,甲状腺：甲状腺激素,负反馈,负反馈,氨基连三唑、 乙烯硫脲、 苯巴比妥,降低,刺激,刺激,甲状腺肿、 甲状腺肿瘤,刺激,负反馈,负反馈,2、细胞瞬息活动调节障碍 ：,药物在中毒剂

38、量时，能通过干扰信号传导的任何步骤影响细胞活动。,（1）电兴奋细胞活动失调： 神经细胞、骨骼肌、心肌、平滑肌, 酰肼：降低GABA合成引起惊厥； 利血平：去甲肾上腺素、5-羟色胺和 多巴胺递质耗竭； 有机磷：乙酰胆碱酶抑制乙酰胆碱堆积激活胆碱受体；,神经递质水平改变, 可卡因和三环类抗抑郁药的外周毒性,严重的粘膜溃疡和心肌梗死,抑制去甲肾上腺素摄取,血管a受体过度兴奋, 苯丙胺的毒性反应：,心肌梗死,抑制去甲肾上腺素摄取、 增强去甲肾上腺素释放,血管a受体过度兴奋, 三环类抗抑郁药的药物合用,高压危象,合用：单胺氧化酶抑制剂、 增强去甲肾上腺素释放药物,血管a受体过度兴奋,药物-神经递质受体相

39、互作用,GABA受体,激动,巴比妥类,镇静、麻醉、中枢抑制,药物-信号传导相互作用,电压门控Na通道,利多卡因/普鲁卡因,局部麻醉,抑制,心动过缓,药物-信号终端相互作用,钠-钾ATP酶,洋地黄,细胞内钠离子,钠-钙共转运体介导,细胞内钙离子,（2）非电兴奋细胞活动失调：,腺体细胞,外分泌细胞： 有机磷农药中毒M受体流泪、多汗、支气管分泌增加。 阿托品：阻断上述症状，出现相反作用，如高温。,内分泌细胞：b胰岛细胞,由磺胺类药物的低血糖副作用研发, 药物的副作用； 胰岛素瘤的治疗,（二）细胞维持的毒性表现 1、细胞内维持改变,（1）ATP耗竭：ATP既是是体内生物合成的重要原料，也是能量的主要来

40、源，在细胞维持中起核心作用。许多药物的毒性作用是通过干扰线粒体ATP合成而产生的，干扰方式可分成4类：干扰氢向电子传递链传递；抑制电子经由电子输送链传递给氧，如异戊巴比妥和氰化物；干扰氧传递给终端电子运载体细胞色素氧化酶；抑制氧化磷酸化关键的ATP合酶的活性。,（2）Ca2+超载：细胞内的Ca2+水平受到严格精细的调控，细胞内外Ca2+的浓度相差10000倍。正常情况下，细胞兴奋过程中升高的Ca2+会从胞浆中清除药物通过促进Ca2+内流或抑制Ca2+向内质网和线粒体的再摄取及向细胞外的排出，使细胞内Ca2+升高。质膜损伤会引起细胞外液与细胞浆之间的Ca2+浓度梯度降低。药物的毒性作用还可能是由

41、于诱导Ca2+从内质网和线粒体的漏出所致。,（3）ROS和RNS过量产生： 药物产生毒性作用时可直接激活ROS和RNS的生成，也可继发于细胞Ca2+的持续升高。,2、细胞外维持改变,药物可以干预提供其他细胞、组织和整个器官支持的细胞。 例如：肝毒性药对肝脏本身和机体的损害作用。某些药物可影响肝产生凝血因子，虽未损伤肝脏本身，却可导致机体凝血障碍、出血甚至死亡。,四、修复障碍及其导致的毒性, 分子层面： 蛋白、脂质、DNA 细胞组织层面： 调亡和增生,毒性发展的第四步：不适当的修复,（1）分子修复, 蛋白修复：蛋白二硫键化合物可以 被还原逆转； 脂质修复：磷脂酶A2水解过氧化脂 肪酸为脂正常酸肪

42、 DNA修复： （1）直接修复； （2）切除修复； （3） 重组修复。,（一）损伤的修复机制,（2）细胞修复,修复：巨噬细胞清除死亡细胞； 余下的活细胞分裂取代丢失细胞。,（3）组织修复,1、凋亡：损害细胞的主动清除。 2、增生：组织的再生 （1）有丝分裂补充缺失的细胞； （2）细胞外成型片的取代。 蛋白质、粘多糖、糖蛋白和 蛋白多糖,3、组织损伤的副作用： （1）炎症：微循环改变和炎症细胞聚集是炎症的标志。炎症时的活性化学物质和溶酶体酶，都是炎症细胞的毁坏性产物。但同时损伤邻近的健康组织。 （2）改变蛋白合成：急性期蛋白 （3）无显著特点的反应：发热、嗜睡、休克样状态、可的松释放。,修复不全

43、的严重结果有组织坏死、纤维化和化学致癌。,分子修复机制无效； 分子损伤不可逆,细胞损伤,细胞坏死,细胞凋亡,细胞增殖,细胞外基质增殖,损伤终止,纤维化,（二）修复障碍及其导致的毒性,1、组织坏死,2、纤维症,是一种以异常组分在细胞外过度沉积为特征的病理状态。 修复不全是纤维症的主要因素。 细胞损伤激发大量 细胞增生 和 细胞外基质 生成。细胞外基质生成如果没有终止，就发展为纤维症。, 肝纤维症/肝硬变：长期饮酒和肝毒物； 肺纤维症：博莱霉素、胺碘酮； 心脏纤维症：阿霉素； 多脏器纤维症：离子化射线；,药物致纤维症的例子,3、致癌,加成形成 氧化修饰 螺旋断裂,毒物,DNA 损害,有,无,严重

44、后果,无明显 后果,（1）DNA修复失败,DNA修复失败,可遗传的改变，即突变,蛋白表达及功能改变有无,增殖周期 G0期 G1期 S期 G2期M期,（2）调亡失败,癌前细胞或存在突变的细胞比正常细胞具有更高的调亡活性。,调亡,DNA修复失败,P53蛋白增加,失败,肿瘤,有丝分裂活性增高，通过自发突变频率增加、原癌基因过度表达、启动细胞克隆扩展结节以及破坏细胞间通讯及黏附机制，促进致癌过程。,（3）细胞增殖终止失败,非遗传毒性致癌物并不改变DNA或诱发突变，但在慢性进入机体后却诱发癌症。如雌激素对乳腺细胞的作用，TSH对甲状腺滤泡细胞的作用等。非遗传毒性致癌物通过提高细胞有丝分裂活性，使DNA自

45、发突变频率增加。非遗传毒性致癌物同时降低凋亡活性，从而使转化的细胞群体扩展，促进癌症的发生。,（4）非遗传毒性致癌,第3节 剂量-反应关系,毒物：使生物体系发生有害反映、严重功能破坏甚或引起死亡的物质。,16世纪瑞士毒理學之父帕拉塞爾蘇斯Paracelsus (14931541) ： The dose makes the poison.,剂量决定毒性,药物在通常剂量下，一般很少出现毒性作用。但在剂量过高、用药时间过长等情况时就会出现毒性。,剂量-反应关系 药物对机体的毒性作用与其剂量之间的关系为剂量-反应关系（dose-response relationship）或剂量-效应关系（dose-e

46、ffect relationship）。 药物随着剂量的增加，其对机体的毒性反应也相应增加。以剂量为横坐标，毒性反应为纵坐标，可得出剂量-反应（剂量-效应）曲线。 剂量-反应关系研究在药物毒理学中具重要意义，是判断药物与机体出现的某种损害作用存在因果关系的重要依据，有关参数可用于比较不同药物的毒性。,量反应和质反应 量反应毒性作用：机体、器官或组织应用一定剂量的药物后发生的生物学改变，此种变化的程度呈连续增加或减少的量变，可用计量单位来表示，如毫克、单位、毫米等，其量效曲线称量反应的量效曲线。如有机磷酸酯类使血液中胆碱酯酶的活力降低等。 质反应毒性作用：应用某一药物后，群体中出现的性质改变情况

47、，以计数资料来表示，如阳性或阴性、有效或无效、生存或死亡等，这以阳性反应出现的频率或百分率来表示，其量效曲线称质反应的量效曲线。如死亡率、肿瘤发生率等。,一、量反应与量反应曲线,1激动剂 完全激动剂能与受体结合产生最大效应（Emax）。,图2-3激动剂的量效曲线 注：Kd：解离常数（引起最大效应一半时的药物浓度）,双曲线,S形曲线,2拮抗剂 竞争性拮抗剂与激动剂相互竞争与相同受体结合，而拮抗剂的内在活性为零，结合受体后非但不产生效应，还妨碍激动剂与受体结合。,图2-4 竞争性拮抗药和非竞争性拮抗药的量效关系 A竞争性拮抗剂；B非竞争性拮抗剂,化学性拮抗剂与激动剂结合后，可使激动剂灭活。 功能性

48、拮抗剂本身是另一种受体系统的激动剂，此受体系统被激动后产生与原激动剂相反的效应。 如果激动剂和功能性拮抗剂在同一细胞中起作用，则是严格意义上的功能性拮抗剂； 如果激动剂和功能性拮抗剂作用于不同的细胞或器官，引起相反的效应，则又称为生理拮抗剂。,量反应, 量效关系：药物的毒性效应与剂量在一定范围内成比例，称为量效关系。 量反应：毒性效应的强弱呈连续增减的量变，称为量反应。例：心率快慢、粒细胞数多少、血压升降等。 S型曲线： 对数浓度(横)和毒性效应(纵)作图； 中段斜率陡毒性效应剧烈； 中段斜率平坦毒性效应缓和；,（二） 整体动物的量反应与量反应曲线,为了检测药物的毒性，除了研究药物与游离器官、

49、组织效应之间的关系外，还必须研究整体动物生物用药后发生的效应。 很多类型的效应能被表示成量反应，例如体重、器官重量、血压和血糖的改变等。不同的药物在不同的条件下，所引起的效应可能不同，剂量效应曲线可呈不同类型。 如有机磷化合物可使血液中胆碱酯酶和羧酸酯酶的活力降低，如将纵坐标换算成抑制百分率，则剂量-效应关系曲线分别为双曲线型（羧酸酯酶）和直线型（胆碱酯酶），见图2-5。 在整体动物中剂量-效应关系很复杂，一般难以给出通用的数学模型。,图2-5 敌杀磷对胆碱酯酶和羧酸酯酶抑制作用的剂量-效应关系,二、质反应与质反应剂量-反应曲线 质反应是在特定的剂量下，某种毒性作用是否发生，以计数资料表示，以

50、阳性反应出现的频率或百分率来表示，如死亡率、肿瘤发生率等。 质反应剂量-反应曲线反映了人体或实验动物对药物的毒性作用易感性的分布。如图2-6所示，整个群体一般呈正态分布（图2-6A），随着剂量增加，群体中累积易感性也呈现S形（图2-6B），在S曲线的两端，剂量的变化引起的反应变化较缓和，而在曲线中点处，剂量微小的变化就可以引起效应较大的变化，因此，引起一半个体发生反应的剂量对某一药物有特征性，如半数有效量（ED50）、半数中毒量（TD50）、半数致死量（LD50）等。 实际上更为常见的剂量-反应曲线是非对称的S形曲线，一端较长，另一端较短（图2-6 C、D），其反映个体对药物毒性作用的易感性呈

51、偏态分布。,质反应, 质反应：毒性效应以全或无、阴性或阳性等表示，称为质反应。例：死亡与生存、惊厥与不惊厥。 毒性效应的强弱以阳性率表示； S型曲线：对数剂量或浓度(横)和累加阳性率(纵)作图；可以看出半数效应浓度或剂量 。,图2-6质反应的剂量-反应关系 A正态分布频数；B正态分布累积频数； C偏态分布频数；D偏态分布累积频数,半数有效量（median effective dose, ED50）：能引起50%的动物或实验标本产生反应的浓度或剂量。 半数致死量（median effective dose, LD50 ） ：能引起50%的动物死亡的浓度或剂量。,有特殊毒性的药物要注意： LD50

52、虽然小，但有致癌等作用。,三、毒性作用的常用参数,1绝对致死剂量（LD100）：药物引起受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度。 2半数致死剂量（LD50）：药物引起受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。它是一个经过统计学处理计算得到的数值，常用来表示急性毒性的大小。LD50越小，表示药物的毒性越强；反之LD50数值越大，则药物毒性越低。与LD50相似的毒性参数有半数致死浓度（LC50）。 3最小致死剂量（MLD，LD01）：药物引起个别受试实验动物死亡的最小剂量或浓度。 4最大非致死剂量（LD0）：药物不引起受试实验动物死亡的最大剂量或浓度。,5观察到有害作用的最低水平（lowest observ

53、ed adverse effect level，LOAEL）在规定的条件下，通过实验和观察，与适当的对照比较，药物物引起机体形态、功能、生长、发育或寿命等有害改变的最低剂量或浓度。 6未观察到有害作用水平（no observed adverseeffect level，NOAEL） 在规定的条件下，通过实验和观察，药物不引起机体形态、功能、生长、发育或寿命等有害改变的最高剂量或浓度。有时这些形态、功能、生长、发育或寿命等改变可能检测到，但被判断为非损害作用。,在具体的实验研究中，比NOAEL高一个剂量组的实验剂量就是LOAEL。 在不同条件下观察有害作用，可得出不同的LOAEL和NOAEL。因

54、此，在讨论LOAEL或NOAEL时应说明具体条件，并注意该LOAEL有害作用的严重程度。 LOAEL或NOAEL是评价药物毒性作用与制订安全限值的重要依据，具有重要的理论和实践意义。,7阈值（threshold）：药物使机体开始发生效应的剂量或浓度，即低于阈值时效应不发生，而达到阈值时效应将发生。 易感性不同的个体对某种效应可有不同的阈值，同一个体对某种效应的阈值也可随时间而改变。 但是遗传毒性致癌物和生殖毒性致突变物的剂量-反应关系是否存在阈值尚无定论，通常认为是无阈值（零阈值）。,8安全限制 对毒性作用有阈值的药物设定安全限值，是为了保护人群健康，低于此浓度和时间，不会观察到任何直接和（或

55、）间接的有害作用。 制定安全限值的前提是从动物实验或人群调查中得到LOAEL或NOAEL。安全限值可以是每日容许摄入量（ADI）、可耐受摄入量（TI）、参考剂量（RfD）、参考浓度（RfC）或最高容许浓度（MAC）等。 对毒性作用无法确定阈值的外源物，其在零浓度以上的任何剂量，都存在某种程度的危险性。 对于致癌物和致突变物不能利用安全限值的概念，只能引入实际安全剂量（virtual safety dose，VSD）的概念。 致癌性药物的VSD，是指低于此剂量，药物能以99%可信限水平使超额癌症发生率低于10-6，即100万人中癌症超额发生低于1人。,治疗指数：TI= LD50/ ED50 ED

56、50（median effective dose）: LD50 （median lethal dose ）: 药物实验动物的LD50和 ED50的比值称为治疗指数（therapeutic index, TI），用以表示药物的安全性。 常用来评价药物的安全性，TI越大，药物的安全性越高 但毒性小的药物并非绝对安全，如青霉素的TI很大，但它可导致过敏性休克，并不安全； TI小的药物有时还需要用，如抗肿瘤药。, 有效量曲线和致死量曲线的斜率不一样时，以TI评价药物的安全性并不可靠。 安全范围（margin of safety，MOS）： ED99LD1（或ED95LD5）之间的距离。值越大越安全。,

57、安全范围,治疗指数和安全范围,图2-7 药物A与药物B的安全性比较, 治疗指数小的几类药物： 洋地黄类，氨基糖苷类、降糖药（胰岛素，磺酰脲类）、抗癌药、抗凝药（肝素）、抗心律失常药、抗癫痫药（苯妥英钠）、抗高血压药（b受体阻断剂）,10. 毒作用带（toxic effect zone）：表示药物毒性作用特点的参数，分为急性毒作用带与慢性毒作用带。 急性毒作用带（acute toxic effect zone，Zac）为半数致死剂量与急性阈剂量的比值，即Zac=LD50/Limac。Zac值小，说明药物产生轻微损害到急性死亡的剂量范围窄，引起死亡的危险性大；反之，则说明药物引起急性中毒死亡的危险

58、性小。 慢性毒作用带（chronic toxic effect zone，Zch）为急性阈剂量与慢性阈剂量的比值，既Zch= Limac /Limch。Zch值大，说明急性阈剂量与慢性阈剂量之间的剂量范围大，由轻微的慢性毒效应到明显的急性中毒之问剂量范围宽，易被忽视，故发生慢性中毒的危险性大；反之，则说明发生慢性中毒的危险性小。,11. 效价（potency）和效能（efficacy） 用于比较药物间的毒性作用强度， 效价是药物引起等效毒性反应的相对浓度或剂量，反映药物与受体的亲和力，值越小强度越高； 效能是指药物引起毒性作用的最大效应（Emax），反映药物的内在活性。,一、新药临床前安全性评

59、价,第6节 药物毒理学在新药研究中的应用,新药的开发与研究,新药的来源包括： 对已知化合物进行修饰； 合成新型结构的化合物； 从天然物质中提取，分离； 应用生物技术和基因重组方法制备。 新产品都必须通过临床前试验和临床试验，在确认药物安全性和有效性的基础上，并经过国家药品监督管理局严格审查和批准后方可上市。,第6节 药物毒理学在新药研究中的应用,一、新药临床前安全性评价, 任何药物当剂量足够大或疗程足够长，都具有不可避免的不良反应的发生。 严重的药害事件使人们认识到新药临床前毒理学研究的重要意义。 新药临床前毒理学研究（非临床安全性研究）涉及全身毒性和局部毒性研究。是为新药临床用药的安全性提供试验依据，并为临床毒副反应监测提供重要信息。,（一）新药临床前毒理学研究的目的： 1、发现中毒剂量； 2、发现毒性反应； 3、确定安全范围； 4、寻找毒性靶器官； 5、判断毒性的可逆性；,发现中毒剂量 了解药物单次给药的中毒剂量