廖明阳教授讲义新药发现毒理学研究策略与新技新方法介绍

1、军事医学科学院毒物药物研究所军事医学科学院毒物药物研究所20112011年年0606月月0909日日新药发现毒理学研究策略与早期新药发现毒理学研究策略与早期毒性筛选新技术新方法介绍毒性筛选新技术新方法介绍我国我国重大重大新药创制新药创制专项全面实施专项全面实施gcp临床前研究临床前研究新药发现研究新药发现研究临床研究临床研究产业化产业化上上 市市500 500 候选药物候选药物 200 200 临床前研究药物临床前研究药物 8 8个新药安全评价中心（个新药安全评价中心（glpglp） 100 100 临床研究药物临床研究药物 26 26个新药临床研究中心（个新药临床研究中心（gcpgcp） 1

2、0 10个综合性创新药物研究开发技术平台个综合性创新药物研究开发技术平台 39 39个企业为主体的药物技术创新平台个企业为主体的药物技术创新平台 99 99个关键技术研究个关键技术研究 21 21个创新药物孵化基地个创新药物孵化基地现代生物医学技术的发展动态现代生物医学技术的发展动态2 2. . 纳米技术纳米技术3 3. . 干细胞技术干细胞技术4 4. . 现代组学分析技术现代组学分析技术5 5. . 现代仪器分析技术现代仪器分析技术6 6. . 生物信息学技术生物信息学技术1 1. . 转化医学转化医学informationcommunicationbiomedicalenvironmen

3、t324516跨領域跨領域、多学科综合、多学科综合研究研究技术技术是未來研究的重要方是未來研究的重要方向向新靶标发现新靶标发现新先导化合物发现新先导化合物发现药物开发药物开发新靶标新靶标新候选物新候选物新药新药新基因新基因/ /新功能新功能靶标发现靶标发现 靶标确证靶标确证先导化合先导化合物发现物发现先导化合先导化合物优化物优化临床前临床前研究研究临床研究临床研究功能基因功能基因研究研究市场市场当代的新药研究模式当代的新药研究模式 创新药物研究模式转变创新药物研究模式转变药物发现及研发的全过程药物发现及研发的全过程lo= 先导化合物优化先导化合物优化 ce=候选药物评价候选药物评价cs=候选药

4、物选择候选药物选择 fhd=首次用于人首次用于人pd=产品决策产品决策 submission=申报申报 submission从药物发现到投放市场从药物发现到投放市场,都要对药物进行毒理研究都要对药物进行毒理研究6-15 年年发现阶段发现阶段非临床阶段非临床阶段临床阶段临床阶段i期期ii期期iii期期投放市场投放市场期期csfhdpdloce靶标靶标确认确认创新药物研发基本程序创新药物研发基本程序化学合成化学合成发现先导化合物发现先导化合物作用靶点作用靶点作用靶点验证作用靶点验证 作用靶点确定作用靶点确定 蛋白质组学蛋白质组学 基因质组学基因质组学 化合物库化合物库先导化合物是否值得开发？先导化

5、合物是否值得开发？毒性筛选毒性筛选药代筛选药代筛选理化测试理化测试制剂考察制剂考察n先导化合物优化先导化合物优化y安全性评价安全性评价药效评价药效评价毒代研究毒代研究制剂研究制剂研究质控研究质控研究预测和评估新药在预测和评估新药在人体上试验是否安全？人体上试验是否安全？y临床人体试验临床人体试验新药是否有效安全？新药是否有效安全？sfda审查审查新药发现新药发现新药研发新药研发临床前研究临床前研究临床研究临床研究ynn药药新新天然产物天然产物生物技术生物技术高通量优化筛选高通量优化筛选stop药效筛选药效筛选nn新药候选化合物的淘汰率新药候选化合物的淘汰率第第1阶段阶段第第2阶段阶段第第3阶段

6、阶段第第4阶段阶段发现药物发现药物临床前临床前临床试验临床试验提交注册申请提交注册申请1期期20100名志愿者名志愿者3期期10005000名志愿名志愿者者10，000250种化合物种化合物5种化合物种化合物1个获得批准个获得批准的药物的药物种化合物种化合物2期期100500名志愿名志愿者者6.5年年7年年1.5年年36亿美元亿美元5千万千万1亿美元亿美元4.510亿美元亿美元35万美元万美元新药的必要元素：安全，有效新药的必要元素：安全，有效新药研发中的毒理学问题新药研发中的毒理学问题n 临床前阶段临床前阶段: : 毒性问题是新药开发失败的主要原因，毒性问题是新药开发失败的主要原因，约占全部

7、开发失败的约占全部开发失败的4040；n 临床阶段临床阶段: : 临床药效则成为开发失败的重要原因，临床药效则成为开发失败的重要原因，约占约占期临床试验失败的期临床试验失败的7575n在一般动物毒性试验中只占左右；在一般动物毒性试验中只占左右；n在在期人体耐受试验中只有；期人体耐受试验中只有；n在在、期临床试验的出现率是；期临床试验的出现率是；n在在期临床试验时出现；期临床试验时出现；n到市场销售时全部副作用才陆续出现。到市场销售时全部副作用才陆续出现。 药物研发过程中面临的问题药物研发过程中面临的问题药物发现阶段药物发现阶段: : 上万种化合物，只有几种或十几种化合物通过上万种化合物，只有几

8、种或十几种化合物通过实验室测试作为候选化合物，成功率低实验室测试作为候选化合物，成功率低临床前研究阶段临床前研究阶段: : 试验过程的质量控制；临床前阶段从动物试验试验过程的质量控制；临床前阶段从动物试验获得安全性信息的数量与质量有限获得安全性信息的数量与质量有限临床、药物上市研究阶段临床、药物上市研究阶段: : 临床研究病例少，低概率的毒副作用临床研究病例少，低概率的毒副作用 动物与人的种属差异动物与人的种属差异 临床前为正常动物模型与临床多种疾病病人临床前为正常动物模型与临床多种疾病病人 临床中用药的相互作用问题临床中用药的相互作用问题2020世纪重大药害事件世纪重大药害事件n甘甘 汞：汞

9、： 汞中毒，汞中毒， 死亡死亡585585人人n醋醋 酸酸 铊：铊： 铊中毒，铊中毒， 死亡死亡1 1万人万人n氨基比林：氨基比林： 粒细胞缺乏症，粒细胞缺乏症， 死亡死亡20822082人人n磺磺 胺胺 酏：酏： 肝肾损害，肝肾损害， 死亡死亡107107人人n非那西丁：非那西丁： 肾损害、溶血，肾损害、溶血， 死亡死亡500500人人n碘二乙基锡：碘二乙基锡： 神经毒性、脑炎、失明，死亡神经毒性、脑炎、失明，死亡110110人人n反反 应应 停：停： 海豹样畸形儿海豹样畸形儿1000010000多，多， 死亡死亡50005000人人n异丙肾气雾剂：异丙肾气雾剂：严重心律失常、心衰，严重心律

10、失常、心衰， 死亡死亡35003500人人n氯碘喹啉：氯碘喹啉： 骨髓变性、失明、受害骨髓变性、失明、受害78567856人，死亡人，死亡5%5%n心心 得得 宁：宁： 眼眼- -皮肤皮肤- -粘膜综合征，粘膜综合征， 受害受害22572257人人2121世纪世纪(07(07年年)10)10大药物不良反应事件大药物不良反应事件n头孢曲松钠的安全使用问题头孢曲松钠的安全使用问题（与钙使用，婴儿死亡）（与钙使用，婴儿死亡）n静脉输注人免疫球蛋白引起丙肝抗体阳性率增加静脉输注人免疫球蛋白引起丙肝抗体阳性率增加n甲磺酸培高利特撤市（甲磺酸培高利特撤市（心脏瓣膜病心脏瓣膜病） n马来酸替加色罗撤市马来酸

11、替加色罗撤市( (心肌梗死、脑卒中）心肌梗死、脑卒中）n含钆造影剂的安全问题含钆造影剂的安全问题（肾源性纤维化病）（肾源性纤维化病）n罗格列酮的安全性受质疑罗格列酮的安全性受质疑（心梗和心源性死亡）（心梗和心源性死亡）n注射用甲氨蝶呤、阿糖胞苷中混入长春新碱注射用甲氨蝶呤、阿糖胞苷中混入长春新碱（n n受损）受损）n感冒药禁用于感冒药禁用于2 2岁或以下儿童岁或以下儿童（死亡）（死亡）n哺乳妇女服用可待因可能导致婴儿发生严重不良反应哺乳妇女服用可待因可能导致婴儿发生严重不良反应n硫酸普罗宁与胸腺肽注射剂可引起严重不良反应硫酸普罗宁与胸腺肽注射剂可引起严重不良反应我国药品风险大事记我国药品风险大

12、事记沙利度胺事件震惊世界沙利度胺事件震惊世界抗生素类药物性致耳聋抗生素类药物性致耳聋“千手观音千手观音”21位演员中位演员中18人因药致聋人因药致聋2121世纪毒性试验发展愿景世纪毒性试验发展愿景毒性通路毒性通路针对性测试针对性测试毒性试验毒性试验化学品鉴定化学品鉴定剂量反应建模与外推建模剂量反应建模与外推建模风险背景风险背景人群数据和暴露数据人群数据和暴露数据毒性通路毒性通路2121世纪毒性实验分类世纪毒性实验分类 针对性测试针对性测试u 评价评价毒性通路的紊毒性通路的紊乱乱，而非顶端终点；，而非顶端终点；u 强调采用细胞或细胞系，尤其是人源强调采用细胞或细胞系，尤其是人源 细胞的高通量试验

13、方法；细胞的高通量试验方法；u 采用中通量实验法评价细胞的整体反应采用中通量实验法评价细胞的整体反应u 开展相关的实验，以评价代谢物、评估开展相关的实验，以评价代谢物、评估u 靶组织或者在基因组水平上进一步了解靶组织或者在基因组水平上进一步了解 受影响的细胞过程；受影响的细胞过程；u 限制体内研究的种类和期限，重点关注限制体内研究的种类和期限，重点关注 暴露时间不超出暴露时间不超出14天的研究；天的研究；u 依据最新的化学品分类法，对代表性的依据最新的化学品分类法，对代表性的 受试物作更为详尽的测试受试物作更为详尽的测试生物学生物学输入信输入信息息正常的正常的生物学生物学功能功能发病率发病率和

14、和死亡率死亡率细胞细胞损伤损伤适应性适应性应激反应激反应应早期的细胞学改早期的细胞学改变变暴露量暴露量组织剂量组织剂量生物学相互作用生物学相互作用紊紊 乱乱low dosehigher dose依次升高依次升高 毒性通路毒性通路: : 是指当其达到足够紊乱后，预期可能导致不良健康效应的细胞是指当其达到足够紊乱后，预期可能导致不良健康效应的细胞反应通路。反应通路。现行范式：暴露量现行范式：暴露量- -反应关系连续统反应关系连续统暴露量暴露量 组织组织剂量剂量生物学生物学有效剂量有效剂量早期早期反应反应后期后期反应反应病理学病理学药代动力学生理模型药代动力学生理模型 作用模式作用模式组织剂量组织剂

15、量测定法测定法药代动力学药代动力学药效学药效学毒理学毒理学 内源性激素内源性激素 (endogenous hormones) dna损伤损伤 (dna damage) 抗氧化剂反应（抗氧化剂反应（antioxidant response pathway） pxr、 car、ppar和和ahr受体受体 (pxr, car, ppar and ahr receptors) 低渗低渗 (hypo-osmolarity) nrf2 氧化应激氧化应激 (nrf2 oxidative stress) 热休克蛋白热休克蛋白 (heat-shock proteins) p38mapk (p38 mapk)已知

16、的主要的毒性通路已知的主要的毒性通路抗氧化剂反应通路抗氧化剂反应通路活化状态的核因子相关因子活化状态的核因子相关因子2(nuclear factor-e2 2(nuclear factor-e2 related factor 2,nrf2)related factor 2,nrf2)通过与通过与核内的抗氧化反应元件核内的抗氧化反应元件(antioxidant response (antioxidant response element,are)element,are)相结合相结合, ,启动下启动下游一系列分子的表达游一系列分子的表达, ,如如相相解毒酶、抗氧化酶等；解毒酶、抗氧化酶等；正常情况

17、下正常情况下, nrf2 , nrf2 与细胞质蛋与细胞质蛋白白keap1keap1结合；结合；氧化应激激发后，释放氧化应激激发后，释放nrf2nrf2，再转位至胞核内，以指导抗氧再转位至胞核内，以指导抗氧化应激基因的表达。化应激基因的表达。选项选项i i体内体内选项选项iiii分级分级/ /体内体内选项选项iiiiii体外体外/ /体内体内选项选项iviv体外体外动物生物学动物生物学动物生物学动物生物学主要为人类生物主要为人类生物学学主要为人类生物主要为人类生物学学高剂量高剂量高剂量高剂量剂量范围宽剂量范围宽剂量范围宽剂量范围宽低通量低通量通量有所提高通量有所提高高、中通量高、中通量高通量高

18、通量昂贵昂贵不太贵不太贵不太贵不太贵不太贵不太贵耗时耗时省时省时省时省时省时省时动物数量较多动物数量较多少量动物少量动物动物数明显减少动物数明显减少几乎不用动物几乎不用动物顶端终点顶端终点顶端终点顶端终点毒性通路紊乱毒性通路紊乱毒性通路紊乱毒性通路紊乱某些体外和硅上某些体外和硅上筛选方法筛选方法可能开展硅上筛可能开展硅上筛选选硅上筛选硅上筛选未来毒理学实验策略的选项未来毒理学实验策略的选项采用体外实验建立了急性毒性、致畸性的胚胎毒性、遗传毒采用体外实验建立了急性毒性、致畸性的胚胎毒性、遗传毒性等高通量筛选系统；性等高通量筛选系统；采用生物芯片技术建立了高通量的毒性评价和研究芯片。如采用生物芯片

19、技术建立了高通量的毒性评价和研究芯片。如英国研制的英国研制的 toxiblottoxiblot芯片中专门设计了机制性毒理学、安全芯片中专门设计了机制性毒理学、安全性评价等专用芯片。性评价等专用芯片。一些研究致力于发展主要器官毒性评价基因芯片和检测肝脏一些研究致力于发展主要器官毒性评价基因芯片和检测肝脏毒性、肾脏毒性、心脏毒性、致癌性的蛋白质组技术平台。毒性、肾脏毒性、心脏毒性、致癌性的蛋白质组技术平台。致癌试验致癌试验评价模型评价模型rash2 rash2 转基因小鼠模型转基因小鼠模型tgac tgac 转基因小鼠模型转基因小鼠模型p53+/-p53+/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型xpa

20、 +/-xpa +/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型xpa +/- / p53+/-xpa +/- / p53+/-基因敲除小鼠模型基因敲除小鼠模型新生小鼠试验新生小鼠试验(cd-1 (cd-1 或或b6c3f1b6c3f1小鼠小鼠) ) 替代替代(replacement) 减少减少(reduction) 优化优化(refinement)责任心责任心(responsibility)组织芯片组织芯片细胞芯片细胞芯片替代或部分替代以死亡、组织病理学为主的传统毒性指替代或部分替代以死亡、组织病理学为主的传统毒性指标体系标体系; ; 阐明和评价更接近实际条件下暴露剂量对人体阐明和评价更接近实际条件下

21、暴露剂量对人体的毒性效应，解决从高剂量向低剂量外推时的误差。的毒性效应，解决从高剂量向低剂量外推时的误差。药物发现阶段的毒理学研究药物发现阶段的毒理学研究发现阶段发现阶段非临床阶段非临床阶段临床阶段临床阶段i期期ii期期iii期期投放市场投放市场期期loce靶标靶标确认确认1.1.基于阶段的策略基于阶段的策略 2.2.基于机制的策略基于机制的策略 1.1.计算机虚拟筛选计算机虚拟筛选2.2.基本毒性筛选基本毒性筛选2.2.高通量筛选高通量筛选3.3.高内涵筛选高内涵筛选4.4.毒理组学技术预测毒理组学技术预测5.5.生物标志物筛选生物标志物筛选 策略与方法策略与方法新药发现阶段毒性研究新药发现

22、阶段毒性研究 基于阶段的策略基于阶段的策略靶标确认阶段靶标确认阶段的毒性筛选的毒性筛选n按基因功能推测药物靶标：按基因功能推测药物靶标： 500050001000010000个；个；n与人疾病关联，易成药靶标：与人疾病关联，易成药靶标：3000300050005000个。个。策略：重点关注毒性来源策略：重点关注毒性来源n一定数量的一定数量的“dirty”dirty”靶标，抑制其功能可能引起毒性靶标，抑制其功能可能引起毒性n药物靶标基因敲除小鼠的行为、体征及其它异常推测可药物靶标基因敲除小鼠的行为、体征及其它异常推测可能出现的毒性问题能出现的毒性问题n尽可能达到尽可能达到“cleanclean敲

23、除敲除”，药物的其他毒性表现即为，药物的其他毒性表现即为离靶效应（离靶效应（off-target effectsoff-target effects） 。新药发现阶段新药发现阶段的毒性筛选的毒性筛选策略：策略：采用临床前先导化合物毒性优化筛选系统采用临床前先导化合物毒性优化筛选系统(preclinical lead optimization technologies, (preclinical lead optimization technologies, plots)plots)n能同时进行系列化合物的毒性比较能同时进行系列化合物的毒性比较n具有快速短期、动态、灵活、样品消耗量小、成本低具有

24、快速短期、动态、灵活、样品消耗量小、成本低等特点等特点n毒性筛选的结果通过定量结构活性分析可指导系列化毒性筛选的结果通过定量结构活性分析可指导系列化合物的结构改造合物的结构改造新药发现阶段毒性研究新药发现阶段毒性研究 基于阶段的策略基于阶段的策略 主要药理学所引起的毒性是指药物直接作用靶标所导主要药理学所引起的毒性是指药物直接作用靶标所导致的扩大药理效应。致的扩大药理效应。n策略：策略：可先评估此种毒性的种属特性及与人的相关性，在可先评估此种毒性的种属特性及与人的相关性，在通过结构改造和优化选出具有最佳药代特征的化合物，以尽通过结构改造和优化选出具有最佳药代特征的化合物，以尽可能地降低与给药剂

25、量密切相关的毒性。可能地降低与给药剂量密切相关的毒性。新药发现阶段毒性研究新药发现阶段毒性研究 基于机制的策略基于机制的策略基于基于主要药理学主要药理学所引起的毒性所引起的毒性 药物的次要药理效应，即对主要药效靶标之外的其它靶药物的次要药理效应，即对主要药效靶标之外的其它靶标所介导的效应可导致的毒性标所介导的效应可导致的毒性n策略：策略：可通过结构活性关系建模确定某类化合物对主要及可通过结构活性关系建模确定某类化合物对主要及次要药理靶标的药效，以便找出保留主要药理活性、但无次要药理靶标的药效，以便找出保留主要药理活性、但无次要药理活性，从而发现无毒性的化合物。次要药理活性，从而发现无毒性的化合

26、物。基于基于次要药理学次要药理学所引发毒性研究所引发毒性研究新药发现阶段毒性研究新药发现阶段毒性研究 基于机制的策略基于机制的策略 化学介导性毒性的发生与某一个（类）特定化学物的理化学介导性毒性的发生与某一个（类）特定化学物的理化性质密切相关，但与药物作用的靶标无关，如氧化应激反化性质密切相关，但与药物作用的靶标无关，如氧化应激反应、磷脂病或溶血等应、磷脂病或溶血等n策略：策略：可采用体外筛选模型确定毒性与化合物的理化性质、可采用体外筛选模型确定毒性与化合物的理化性质、结构、代谢物及药效之间的关系，并在此基础上进行结构的结构、代谢物及药效之间的关系，并在此基础上进行结构的优化与筛选优化与筛选.

27、 .n关注化学介导的毒性常与特殊的化学基团和代谢活化过程有关注化学介导的毒性常与特殊的化学基团和代谢活化过程有关。关。 基于基于化学介导性的毒性化学介导性的毒性研究研究新药发现阶段毒性研究新药发现阶段毒性研究 基于机制的策略基于机制的策略高通量毒性筛选技术高通量毒性筛选技术10s/年年100s/年年10,000s/年年100,000s/天天高通量高通量分子机制分子机制1-3/年年计算毒理学虚拟筛选技术计算毒理学虚拟筛选技术 根据化合物的毒性和结构特征，建立定量结构活性关系（根据化合物的毒性和结构特征，建立定量结构活性关系（qsarqsar）计）计算机模型来对化学物的各种毒性终点进行预测和筛选算

28、机模型来对化学物的各种毒性终点进行预测和筛选u基于知识的专家系统（基于知识的专家系统（knowledge-based system) knowledge-based system) 软件：软件：derekderek ( (急性毒性、致癌、致畸、致突变、刺激性、皮肤敏感性、神经毒性急性毒性、致癌、致畸、致突变、刺激性、皮肤敏感性、神经毒性) )u基于知识的专家系统（基于知识的专家系统（knowledge-based systemknowledge-based system） 软件：软件：harzard expertharzard expert （化合物名称、给药途径、剂量和用药时程，程序给出结果

29、）（化合物名称、给药途径、剂量和用药时程，程序给出结果）ucypcyp抑制：抑制： cerius admecerius adme；uhergherg：同源性模型；：同源性模型；u遗传毒性和致癌性：遗传毒性和致癌性：topkattopkat，casecase，erek erek 等；等；u安全性药理：安全性药理： bioprintbioprint药物早期虚拟筛选程序药物早期虚拟筛选程序u用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称用计算机筛选的方法称为虚拟筛选，或称in silicoin silico筛选筛选 ，成为成为in silico-in vitro-in vivo模式模式 。u用一系列用一系列“

30、基于知识的滤片基于知识的滤片”对虚拟库对虚拟库“筛选筛选”，以，以“浓浓缩缩”出能够满足预定标准的化合物。出能够满足预定标准的化合物。u这些滤片包括类药性这些滤片包括类药性(drug like)(drug like)，药代动力学性质，毒性，药代动力学性质，毒性，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，知识产权问题以及与受体的互补性或与配体的相似性等，是通过数据库搜寻和计算化学实现的。，是通过数据库搜寻和计算化学实现的。 虚虚拟拟库库专专利利指指导导设设计计库库类类药药原原则则药药代代性性质质潜潜在在毒毒性性受受体体结结构构u体外技术及人类模型的应用体外技术及人类模型的应用不依赖于完整

31、动物，如原代培养的细胞、组织和器官不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官人类组织库、捐献器官、尸检材料等人类组织库、捐献器官、尸检材料等人类胚胎干细胞人类胚胎干细胞u低等物种的利用低等物种的利用植物、细菌、真菌、昆虫或软体动物等植物、细菌、真菌、昆虫或软体动物等秀丽线虫秀丽线虫(caenorhabditis elegans)(caenorhabditis elegans)斑马鱼斑马鱼(danio rerio, zebrafish)(danio rerio, zebrafish)u物理化学方法与计算机的使用物理化学方法与计算机的使用qsarqsar模型模型早期基本毒性试验常用方法早期基本

32、毒性试验常用方法 急性毒性急性毒性u固定剂量法固定剂量法 上下法上下法 等等uqsarqsar模型和体外细胞毒性数据进行预测模型和体外细胞毒性数据进行预测u体外技术及人类模型体外技术及人类模型不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官人类组织库、捐献器官等人类组织库、捐献器官等人类胚胎干细胞人类胚胎干细胞u 代谢模型：代谢模型：meteormeteor、 metabolexpertmetabolexpert、 compact compact 和和 metameta等计算机模型等计算机模型 cypscyps体外模型体外模型 靶器官和靶系统毒性研究

33、：心、肝、肾脏和神经毒性靶器官和靶系统毒性研究：心、肝、肾脏和神经毒性急性毒性检测方法的选用急性毒性检测方法的选用急性毒性急性毒性上下法上下法固定剂量法固定剂量法经典经典ld50法法标准方法，实验标准方法，实验动物数量过多动物数量过多减少实验动物使减少实验动物使用，但不能求得用，但不能求得具体的具体的ldld5050值值减少实验动物及受试物的减少实验动物及受试物的消耗消耗, ,能测得具体的能测得具体的ldld5050值值 应用于药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛应用于药物研究早期发现阶段，通过毒理学筛 选和评价，及早地发现和淘汰有严重毒性问题不适选和评价，及早地发现和淘汰有严重毒性问题不适合开

34、发的化合物，指导合成更安全有效的化合物。合开发的化合物，指导合成更安全有效的化合物。 主要包括：短期毒性筛选系统；主要包括：短期毒性筛选系统； 结构结构-活性关系研究；活性关系研究； 各种新技术（特别是组学技术）的应用。各种新技术（特别是组学技术）的应用。药物药物毒性评价毒性评价u在合成出一系列新化学物后，药理和毒理学家同时采用快在合成出一系列新化学物后，药理和毒理学家同时采用快速、低耗、高通量筛选系统进行药效和毒性的同步筛选，速、低耗、高通量筛选系统进行药效和毒性的同步筛选，找出真正有苗头的候选化合物；找出真正有苗头的候选化合物；u在此基础上，确定在此基础上，确定nces的临床前毒性作用机制

35、和定量构效的临床前毒性作用机制和定量构效关系关系, 指导合成毒性较低的系列化合物；指导合成毒性较低的系列化合物；u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实验模型，对有苗头的化合物做体内毒性评价；内动物实验模型，对有苗头的化合物做体内毒性评价；u按照上述药物开发模式可尽快得到药物的安全性资料，这按照上述药物开发模式可尽快得到药物的安全性资料，这样使药物研发的样使药物研发的费用降低费用降低，周期缩短周期缩短，动物减少，成功率动物减少，成功率提高提高。药物药物毒理学研究研究程序毒理学研究研究程序u 根据化合物的毒性和结构特征，建立定

36、量结构活性关系根据化合物的毒性和结构特征，建立定量结构活性关系（qsarqsar）计算机模型来对化学物的各种毒性终点进行预测和）计算机模型来对化学物的各种毒性终点进行预测和筛选筛选u 预测生物学终点：急性毒性、致癌、致畸、致突变、刺激性、预测生物学终点：急性毒性、致癌、致畸、致突变、刺激性、皮肤敏感性、神经毒性皮肤敏感性、神经毒性u基于知识的专家预测系统（基于知识的专家预测系统（knowledge-based system) knowledge-based system) 软件：软件：derekderek、oncologic、hazardexpert （化合物名称、给药途径、剂量和用药时程，程

37、序给出预测（化合物名称、给药途径、剂量和用药时程，程序给出预测 ） u基于数据建模的预测系统（基于数据建模的预测系统（data driven system)data driven system) topkat、 mcase、pass 、lazar计算毒理学虚拟筛选技术计算毒理学虚拟筛选技术u体外技术及人类模型的应用体外技术及人类模型的应用不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官人类组织库、捐献器官、尸检材料等人类组织库、捐献器官、尸检材料等人类胚胎干细胞人类胚胎干细胞u低等物种的利用低等物种的利用植物、细菌、真菌、昆虫或软体动物等植物、细菌、

38、真菌、昆虫或软体动物等秀丽线虫秀丽线虫( (caenorhabditis elegans) )斑马鱼斑马鱼( (danio rerio, , zebrafish) )u物理化学方法与计算机的使用物理化学方法与计算机的使用qsarqsar模型模型早期基本毒性试验常用方法早期基本毒性试验常用方法 急性毒性急性毒性u固定剂量法固定剂量法 上下法上下法 等等uqsar模型和体外细胞毒性数据进行预测模型和体外细胞毒性数据进行预测u体外技术及人类模型体外技术及人类模型不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官不依赖于完整动物，如原代培养的细胞、组织和器官人类组织库、捐献器官等人类组织库、捐献器官等人类

39、胚胎干细胞人类胚胎干细胞u 代谢模型：代谢模型：meteor、 metaboexpert、 compact 和和 meta等计算机模型等计算机模型 cyps体外模型体外模型 靶器官和靶系统毒性研究：心、肝、肾脏和神经毒性靶器官和靶系统毒性研究：心、肝、肾脏和神经毒性急性毒性检测方法的选用急性毒性检测方法的选用急性毒性急性毒性上下法上下法固定剂量法固定剂量法经典经典ld50法法标准方法，实验标准方法，实验动物数量过多动物数量过多减少实验动物使减少实验动物使用，但不能求得用，但不能求得具体的具体的ldld5050值值减少实验动物及受试物的减少实验动物及受试物的消耗消耗, ,能测得具体的能测得具体的

40、ldld5050值值实验动物：小鼠实验动物：小鼠; ; 相邻剂量比值：相邻剂量比值：1.31.3结果分析：结果分析：aot425statpgm aot425statpgm 统计软件统计软件(epa(epa开发开发) )上下法检测新化学实体上下法检测新化学实体ldld5050值值典型上典型上- -下法急性毒性试验方案下法急性毒性试验方案测试终点测试终点体外高通量筛选体外高通量筛选中通量金标准中通量金标准cypcyp抑制抑制cypcyp荧光标记，荧光标记，icic5050hlmhlmlclcmsmscypcyp诱导诱导pxr,carpxr,car肝切片，人原代细胞肝切片，人原代细胞hergherg

41、dofetilide dofetilide 结合结合膜片钳膜片钳肝毒性肝毒性肝细胞、切片培养肝细胞、切片培养组织病理学组织病理学肾毒性肾毒性肾细胞、切片培养肾细胞、切片培养组织病理学组织病理学遗传毒性遗传毒性微型微型amesames，体外微核，体外微核ames testames test安全性药理安全性药理放射性配体结合，功能检定放射性配体结合，功能检定_ _高通量毒性筛选高通量毒性筛选 ( (hts)mrna前体dnamrnamrnamrna蛋白质蛋白质内源性代谢物内源性代谢物生理功能生理功能（基因组（基因组）（转录组）（转录组） （蛋白质组）（蛋白质组） （代谢组）（代谢组）2d2d凝胶电

42、泳凝胶电泳质谱质谱cdnacdna微阵列微阵列nmrnmr质谱质谱基因、启动子基因、启动子多态性分析多态性分析药物毒理药物毒理组学技术的应用组学技术的应用新药早期高内涵毒性筛选新药早期高内涵毒性筛选 检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、凋亡、代谢途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相关信息。途径及信号传导的影响，在实验中获取大量相关信息。 毒性特征谱毒性特征谱 细胞生物测试系统细胞生物测试系统 hcs hcs分析分析 细胞分析测试仪细胞分析测试仪30003000 最新系统最新系统 蛋白片断互补性检定法蛋白片断互补性检定法n筛选模型筛选

43、模型：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神：人类及啮齿动物相应靶器官（肝、肾、心脏和神经系统）的体外培养细胞经系统）的体外培养细胞n检测指标：检测指标：细胞丢失、细胞丢失、dnadna降解、核大小、细胞骨架紊乱降解、核大小、细胞骨架紊乱、dnadna损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激损伤反应、氧化应激、有丝分裂指标、应激激酶激活、线粒体功能、细胞周期阻滞活、线粒体功能、细胞周期阻滞细胞系统生物学测试细胞系统生物学测试可开展的研究项目可开展的研究项目: :1.1. 受试物的死亡百分率试验受试物的死亡百分率试验 ( (剂量范围剂量范围探索探索) ) 2.2. hrhr心率心率3.3

44、. 节律性节律性 4.4. 可收缩性可收缩性5.5. 形态学形态学评价方法评价方法: :1.1.斑马鱼是一种敏感的心脏斑马鱼是一种敏感的心脏安全性评价的试验系统；安全性评价的试验系统；2.2.心动过缓效应心动过缓效应 ( (相当于相当于qtqt间期延长间期延长) ) 具有剂量相关性具有剂量相关性和剂量依赖性；和剂量依赖性；3.3.需要必要的桥接性信息，需要必要的桥接性信息，以解释斑马鱼研究数据与以解释斑马鱼研究数据与临床前及临床适应症之间临床前及临床适应症之间的相关性。的相关性。基因修饰动物技术的应用基因修饰动物技术的应用n基因修饰动物：基因修饰动物：包括转基因、基因敲除、人源化基因敲入动包括

45、转基因、基因敲除、人源化基因敲入动物；物；n新药发现阶段：靶标的毒理学新药发现阶段：靶标的毒理学tgrash2 ，用于非遗传毒性和遗传毒性非经皮给药的药物；，用于非遗传毒性和遗传毒性非经皮给药的药物；tg.ac用于经皮给药的药物；用于经皮给药的药物；muta小鼠、小鼠、big blue 小鼠与大鼠、小鼠与大鼠、 lacz 质粒小鼠与大鼠质粒小鼠与大鼠、gpt 小鼠与大鼠；小鼠与大鼠；n可用于药物毒性作用机制、靶标确认、毒性易感性等多个方可用于药物毒性作用机制、靶标确认、毒性易感性等多个方面的研究面的研究人类胚胎干细胞的应用人类胚胎干细胞的应用u人类胚胎干细胞：人源人类胚胎干细胞：人源、健康、永

46、生化、健康、永生化u胚胎干细胞应用于药物胚胎干细胞应用于药物筛选和毒性评价将是最筛选和毒性评价将是最直接的效应直接的效应u专家提出专家提出从干细胞发展从干细胞发展可预测健康安全的新工可预测健康安全的新工具具；u英国首先英国首先开发干细胞来开发干细胞来检验药物检验药物肝脏毒性。肝脏毒性。mri =mri =磁共振成像磁共振成像; ct =; ct =电脑断层扫描电脑断层扫描; usg = ; usg = 超声波扫描术超声波扫描术y; mrsi =y; mrsi =磁共振波磁共振波谱成像谱成像; pet =; pet =正电子成像术正电子成像术; spect =; spect =单光子发射计算机断

47、层扫描单光子发射计算机断层扫描; ir = ; ir = 红外红外; ; fpet = fpet = 功能性正电子成像术功能性正电子成像术; fmri =; fmri =功能性磁共振成像功能性磁共振成像; oi = ; oi = 光学成像光学成像高分辨力活体脑高分辨力活体脑扫描：可确定脑扫描：可确定脑多巴胺系统的永多巴胺系统的永久性或可逆性的久性或可逆性的神经毒性神经毒性转化医学的概念转化医学的概念倡导倡导 双向转化双向转化(b to b(b to b模式模式) )实验室bench临床bedside基本基本定义定义根本根本目的目的基本基本特征特征以患者的需求为导向以患者的需求为导向(patie

48、nt driven (patient driven research process)research process)，开展医学科学实践，开展医学科学实践把生物基础研究的最新成果快速有把生物基础研究的最新成果快速有效地转化为临床医学技术的过程效地转化为临床医学技术的过程转化医学概念的背景转化医学概念的背景 基础研究与临床实际需求之间脱节基础研究与临床实际需求之间脱节 nihnih的调查报告表明的调查报告表明, , 在解决人类健康问题上取得了在解决人类健康问题上取得了很大的进步，但科研领域逐年增加的投入与问题解决之很大的进步，但科研领域逐年增加的投入与问题解决之间并不对应，投入多、产出少。间并

49、不对应，投入多、产出少。 r 20032003年一年一20062006年，美国国立健康研究院年，美国国立健康研究院(nih) (nih) 基因治疗投入基因治疗投入l5l5亿美元亿美元 25,00025,000篇研究论文篇研究论文 但是要把这项技术运用到临床治疗之中还有很长但是要把这项技术运用到临床治疗之中还有很长的路要走。的路要走。 基础研究科学家与临床基础研究科学家与临床人员缺乏有效的交流与合人员缺乏有效的交流与合作作 基础研究与临床脱节 转化医学的提出转化医学的提出 为改变医学基础研究与临床为改变医学基础研究与临床应用间的脱节，出现了应用间的脱节，出现了 转化性研究转化性研究 transl

50、ational research 转化医学转化医学 translational medicinelbench to bedside translation 实现从实现从“实验室到床边实验室到床边”的转化的转化lbedside to bench 实现从实现从“床边到实验室床边到实验室”的转化的转化将基础研究的成果将基础研究的成果“转化转化” ” 为疾病预防、诊为疾病预防、诊断和治疗及预后评估的实际应用。其基本特征是断和治疗及预后评估的实际应用。其基本特征是多学科交叉合作针对临床提出的问题，深入开多学科交叉合作针对临床提出的问题，深入开展基础研究，研究成果得到快速应用。展基础研究，研究成果得到快速

51、应用。从临床应用中提出新的问题回到实验室，为从临床应用中提出新的问题回到实验室，为实验室研究提出新的研究思路和科学问题。实验室研究提出新的研究思路和科学问题。核心内涵旨在致力于弥补存在于实验室研核心内涵旨在致力于弥补存在于实验室研发与临床治疗之间的鸿沟发与临床治疗之间的鸿沟转化毒理学转化毒理学n 转化毒理学：转化毒理学：通过毒性作用机制等方面的基础研究，通过毒性作用机制等方面的基础研究，将其转化为政府机构、安评实验室得以应用的新方将其转化为政府机构、安评实验室得以应用的新方法、新模型、新信息和新工具，以便解决危害性鉴法、新模型、新信息和新工具，以便解决危害性鉴定、安全性评价和风险评估中所存在的

52、问题。定、安全性评价和风险评估中所存在的问题。n 研究目的：研究目的：u将临床前毒性研究发现转化为人体风险的度量指将临床前毒性研究发现转化为人体风险的度量指标。标。u将毒理学基础研究与应用研究之间的成果转化与将毒理学基础研究与应用研究之间的成果转化与相互桥接作用。相互桥接作用。转化毒理学转化毒理学转化毒理学转化毒理学（translational toxicology）产生背景：产生背景：n新药研发成功率和效率下降；新药研发成功率和效率下降；n大量药物因毒性问题开发失败或撤市、黑框标识；大量药物因毒性问题开发失败或撤市、黑框标识；n以现代新技术筛选新药数量之多，但新药研发成功率未见明以现代新技术

53、筛选新药数量之多，但新药研发成功率未见明显提高；显提高；n20072007年年epaepa提出提出new visionnew vision倡议，带来化学物安全性评价新倡议，带来化学物安全性评价新模式的大讨论；模式的大讨论；n20082008年年fdafda和和emeaemea接受接受critical path initial critical path initial 提出的早期提出的早期检测肾脏毒性的检测肾脏毒性的6 6种生物标志物种生物标志物。转化毒理学的成果转化过程转化毒理学的成果转化过程方法与模型建立方法与模型建立方法的确证方法的确证制定标准制定标准方法应用方法应用n 建立体外方法与模

54、型建立体外方法与模型 实验系统实验系统: : 细胞培养、组织培养、非哺乳细胞培养、组织培养、非哺乳动物实验系统。动物实验系统。n 新方法、新模型的确证新方法、新模型的确证n 建立相关的确证标准建立相关的确证标准l 管理部门接受标准的过程管理部门接受标准的过程 - - 新方法、模型的建立与确证新方法、模型的建立与确证 - - 管理部门对新方法、模型的审查管理部门对新方法、模型的审查 - - 机构内及机构间的协调与统一机构内及机构间的协调与统一 - - 沟通与国际性的协调沟通与国际性的协调n 新方法、模型的应用新方法、模型的应用药物代谢产物研究概况药物代谢产物研究概况 fdafda和和epaepa

55、指导原则介绍：指导原则介绍：n 药理活性代谢产物药理活性代谢产物（pharmacologically active pharmacologically active metabolitemetabolite）在靶受体具有药理学活性的代谢产物。其在靶受体具有药理学活性的代谢产物。其活性可能高于、等于或低于母体药物。活性可能高于、等于或低于母体药物。n 非比例药物代谢产物非比例药物代谢产物（disproportionate drug disproportionate drug metabolitemetabolite）仅在人体中存在的代谢产物，或人体血浆仅在人体中存在的代谢产物，或人体血浆中浓度高

56、于非临床试验所用动物中浓度的代谢产物。中浓度高于非临床试验所用动物中浓度的代谢产物。n 在人体中的非比例药物代谢产物水平高于稳态时母体药物在人体中的非比例药物代谢产物水平高于稳态时母体药物系统暴露量的系统暴露量的10%10%时，均应通过合成以及受试动物给药的方时，均应通过合成以及受试动物给药的方法，进行单独的安全性试验。法，进行单独的安全性试验。临床前代谢产物研究的意义临床前代谢产物研究的意义n有助于选择毒理学研究的实验动物；有助于选择毒理学研究的实验动物；n有利于了解母体药物代谢特点与毒性；有利于了解母体药物代谢特点与毒性；n早期对潜在的重要代谢物进行研究，以便在后期的研早期对潜在的重要代谢

57、物进行研究，以便在后期的研究中进行检测；究中进行检测；n考虑是否人体特有的代谢产物，母体药物及其代谢物考虑是否人体特有的代谢产物，母体药物及其代谢物的的cyp450cyp450抑制效应，鉴定主要代谢途径的抑制效应，鉴定主要代谢途径的cyp450 cyp450 异构异构型；型；n直接比较人体与动物的生物转化途径，血浆中代谢物直接比较人体与动物的生物转化途径，血浆中代谢物谱在特性方面的相似性。谱在特性方面的相似性。安全性评价相关的代谢研究安全性评价相关的代谢研究n确定人与毒理学动物中主要的血液代谢产物确定人与毒理学动物中主要的血液代谢产物n确定在随后的毒理学研究和临床研究中是否对其检测确定在随后的

58、毒理学研究和临床研究中是否对其检测u有无活性代谢物有无活性代谢物u主要的代谢物主要的代谢物u具有毒性的代谢物具有毒性的代谢物u存在化学警醒结构基团存在化学警醒结构基团n目前的化学分析手段可检测极低浓度的化合物，但对目前的化学分析手段可检测极低浓度的化合物，但对含量较低的代谢物的检测，很少出现有助于安全性评含量较低的代谢物的检测，很少出现有助于安全性评价结果解释的情况价结果解释的情况评价代谢产物毒性的方法评价代谢产物毒性的方法n第一种方法：第一种方法： 确认一种在常规毒理学试验中的动物种属，该动物确认一种在常规毒理学试验中的动物种属，该动物种属能形成充足暴露水平的该代谢产物（与人体暴露量种属能形

59、成充足暴露水平的该代谢产物（与人体暴露量相当或更高），然后在该动物种属中研究药物毒性。相当或更高），然后在该动物种属中研究药物毒性。n第二种方法第二种方法： 如果不能确认一种形成该代谢产物的相关动物种属如果不能确认一种形成该代谢产物的相关动物种属，则可合成该代谢产物，直接给予动物以进一步的安全，则可合成该代谢产物，直接给予动物以进一步的安全性评估。在该方法中，需要建立能在非临床毒理学试验性评估。在该方法中，需要建立能在非临床毒理学试验中识别和检测该代谢产物的分析方法。中识别和检测该代谢产物的分析方法。药物代谢产物毒性试验设计药物代谢产物毒性试验设计 一种非比例药物代谢产物设计非临床试验时，应一

60、种非比例药物代谢产物设计非临床试验时，应考虑以下重要因素：考虑以下重要因素：n该代谢产物与母体分子的相似性；该代谢产物与母体分子的相似性；n药理学或化学分类；药理学或化学分类；n溶解性；溶解性；n在胃酸在胃酸ph ph 下的稳定性；下的稳定性；ni i 相或相或ii ii 相代谢产物；相代谢产物；n人体中检测到的相对含量与动物中检测到的含量。人体中检测到的相对含量与动物中检测到的含量。n药物拟定适应症和患者人群。在为代谢产物设计非临床试药物拟定适应症和患者人群。在为代谢产物设计非临床试验时，还需要考虑拟定的用药疗程以及治疗剂量下的暴露验时，还需要考虑拟定的用药疗程以及治疗剂量下的暴露水平。水平