疾病模型动物在非临床安全性评价中应用的探讨

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疾病模型动物在非临床安全性评价中应用的探讨

宁可永

国家食品药品监督管理总局 药品审评中心

    近些年来，随着科学技术的发展和药物研究评价水平的提高，当前药物非临床安全性评价已经高度系统化和标准化，业界和监管部门对相关问题的认识和研究水平也在逐渐提高。但是，标准毒理学模型还存在一定的不足之处，有时需要考虑采用疾病模型进行安全性评价。

1   标准毒理学模型的不足以及疾病模型的必要性
1.1 理论探讨
      众所周知，药物通常用于临床疾病的诊断、预防和治疗。也就是说，大多数用药对象（人体）机体功能的一个或多个方面处于非健康状态。但与之形成鲜明对比的是，药物非临床安全性评价中所用的，却基本都是健康状态的动物。虽然对于绝大多数药物来说，采用标准毒理学模型有着试验设计难度较小、历史背景数据丰富、对试验数据的分析较为容易等优点，但用健康动物的安全性数据来预测复杂多变病情的患者的安全性，可能会存在不足。此外，暴露量的变化一定程度可预测部分毒性的变化，但是在相同暴露量下，不同健康状态的机体的毒性反应也可能会存在较大的差异。这种机体反应性的差异可能是由于健康人和患者的靶器官功能差异、受体系统表达的差异等因素带来的。因此，在非临床研究过程中，能否采用相应疾病模型动物来评价药物的非临床安全性，以提高预测药物临床安全性风险的准确性，尽可能降低人体的用药风险，同时降低药物研发失败的风险？
     在中国传统医学理论中，也早有关于人体疾病状态和非疾病状态下，对毒性药物的安全性担忧程度不同的论述。2000多年前的《素问•六元正纪大论》中记述“有故无殒，亦无殒也”。意思是，用在健康人身上有毒性的药物，如果用于治疗相应的疾病，却可能不会表现出毒性或毒性降低。如一般来说活血药可引起流产，但对于血瘀证孕妇来说，此风险就会小得多。
1.2  数据支持
      基于正常动物的非临床安全性评价所得到的数据，往往不能很好地预测药物的临床风险；通过对非临床安全性试验数据和临床试验数据的对比分析，支持这一观点。Olson等^[1]通过多国制药企业数据调查，发现在非临床安全性试验中，啮齿类和非啮齿类动物都出现的毒性与临床的相关性为71%；仅在非啮齿动物出现的毒性相关性为63%；仅在啮齿动物出现的相关性为43%；血液、胃肠、心血管系统的相关性最好，皮肤、肝胆系统的相关性最差。推测其原因，除了动物和人之间的种属差异等原因以外，可能还有部分因素是病人都处于不同的病理状态，有些身体机能可能处于非正常状态，此时机体对药物的毒性反应可能会发生改变，机体的损伤修复能力也可能降低。例如某药物在非临床安全性试验中仅观察到具有使肝功能损伤的作用，并且损伤的程度不大，病理组织学检查未见明显异常；但在临床应用时，如果用于本身肝脏功能受损的病人或者合用具有一定肝毒性的药物，可能发生不可逆转的肝脏损伤，出现严重的不良事件。
     有学者比较了疾病模型动物和正常动物对同一药物毒性反应的差异。王伽伯等^[2]比较了治疗肝炎常用中药大黄（主要含有大黄素和大黄酸等可引起肝损伤的成分）在正常大鼠和CCl₄肝损伤模型大鼠的毒性表现，发现肝损伤模型大鼠对大黄的耐受性高于正常动物。方芳等^[3]发现经口给予大黄提取物12周后，CCl₄肝损伤模型大鼠肝、肾、脾中的主要毒性成分大黄酸、芦荟大黄素和大黄素浓度显著低于正常动物，另一方面肝损伤模型动物的肝组织将其他蒽醌成分转化代谢为肝肾毒性相对较大的大黄酸的能力显著低于正常动物肝组织。Jiang等^[4]比较了经口给予赤芍后，正常大鼠和α-异硫氰酸萘酯(ANIT)诱导的急性胆汁淤积性肝炎模型大鼠体内白芍甙和芍药甙的药代动力学差异。结果显示，白芍甙和芍药甙在上述两种动物之间的t_1/2、AUC_0-t、AUC_0-∞、T_max和CLz/F均有明显差异，并得出大鼠急性肝损伤可以改变药物体内药代过程的结论。基于上述，药物的毒性反应和药代动力学过程在疾病状态动物或正常动物体内往往是不同的，进一步提示采用疾病模型动物进行安全性评价的必要性。

1.3 临床需要
     临床试验设计也需要来自疾病模型动物的非临床数据，以支持受试物在病人身上的安全性。首先，大部分临床试验中采用了先在少量健康志愿者中进行耐受性试验探索安全剂量后再逐渐推进的保护性机制，但是健康人与病人之间存在差异，在临床试验扩展至较大规模病人之前，缺少了一部分来自疾病状态机体（包括动物或人）的药物安全性信息，使药物暴露于病人的风险增加。其次，对于一些特殊适应症，如肿瘤，不管是细胞毒类还是非细胞毒类药物，由于毒性往往较大，从伦理学角度来讲也不应采用健康志愿者，考虑已经有一定的治疗活性预期，因此常常直接采用患者进行Ⅰ期临床试验。此时，如果没有来自疾病状态动物的安全性数据作为参考，患者直接接受受试物的安全性风险更大。

2   相关指导原则的考虑
     目前还没有单独的关于药物非临床安全性评价中采用疾病模型动物相关的指导原则。但在一些指导原则中，提及了几种情况。
     ICH S6^[5]中指出：近年来，在研究被认为与人类疾病类似的动物模型方面的进展很快。这些动物模型包括诱发的和自发的疾病模型、基因剔除和转基因动物。这些模型不仅可对药物的药理作用、药代动力学和剂量确定提供进一步认识，也有助于安全性的评价（如评价疾病的不良进展）。在某些情况下，可以用动物疾病模型替代正常动物进行安全性试验。虽然在此指导原则中指的是生物技术药物，但应该具有普遍性的借鉴意义。
     ICH S7B^[6]中提到了模拟病理状况的动物模型可用于评价药物的致心律失常作用，但是没有进一步的阐述。
     虽然在ICH S9^[7]中未明确采用疾病模型动物进行抗癌药非临床安全性评价的必要性，但由于抗癌药的临床试验常纳入病情进展性且致命性的肿瘤患者，并且这些临床试验中的剂量水平常常接近或者等于不良反应剂量水平，往往具有较大的毒性反应。为了能更充分地反映受试物在癌症状态体内的安全性，在抗癌药的研发中，也有部分申请人采用了荷瘤动物进行非临床安全性评价。

3   采用疾病模型进行安全性评价的可行性与局限性
     理想的疾病模型动物，越接近临床疾病的发展规律越好。近些年来，关于疾病发病机制、有关基础研究和疾病模型动物方面的研究进展很快。这些疾病模型的存在，使得采用疾病模型动物进行非临床安全性评价成为可能。实际药物研发过程中也有采用荷瘤动物进行抗肿瘤药物安全性研究的例子^[8]。
     与正常动物一样，疾病模型动物与人体之间同样存在种属差异。另外，模型因素也会对实验数据产生影响。由于疾病模型动物发展的时间较短，相关研究相对薄弱，所以采用疾病模型动物进行非临床安全性评价时，存在历史背景数据较少、对于试验数据的解释难度较大等困难，因此至关重要的是收集同期对照数据和基线数据以得出更为科学的结论。同时，模型的稳定性也同样会对试验数据产生影响。

4   结语

     目前国际上尚未提出采用疾病模型动物进行安全性评价的明确要求，但为了尽可能准确地预测药物在临床上的不良反应，降低临床受试者风险和开发风险，应重视疾病模型在安全性研究中的影响。虽然疾病模型动物存在一些不足，但仍然是对标准毒理学试验的必要补充。对于一些高风险品种（如安全窗较窄、毒性反应较为严重、毒性程度与剂量相关性较强、容易产生蓄积等），或用于高危人群或健康因素可能会影响药物反应性的其他情况，可考虑采用疾病模型动物进行非临床安全性评价的必要性。

参考文献:
[1]  Olson H, Betton G, Robinson D, et al. Concordance of the toxicity of pharmaceuticals in humans and in animals. Regul Toxicol Pharmacol. 2000;32(1):56-67
[2]  Jia-bo Wang, Hai-ping Zhao, Yan-ling Zhao, et al. Hepatotoxicity or hepatoprotection? Pattern recognition for the paradoxical effect of the Chinese herb Rheum palmatum L. in treating rat liver injury. PLos ONE. 2011,6(9):1-8
[3] Fang Fang, Jia-bo Wang, Yan-ling Zhao, et al. A comparative study on the tissue distributions of rhubarb anthraquinones in normal and CCl4-injured rats orally administered rhubarb extract. J Ethnopharmcol. 2011,137(3): 1492-1497
[4] Fengjuan Jiang, Yanling Zhao, Jiabo Wang, et al. Comparative pharmacokinetic study of paeoniflorin and albiflorin after oral administration of Radix Paeoniae Rubra in normal rats and the acute cholestasis hepatitis rats. Fitoterapia. 2012,83: 415-421
[5] ICH. Preclinical safety evaluation of biotechnology-derived pharmaceuticals (S6(R1)). 2011
[6]  ICH. The non-clinical evaluation of the potential for delayed ventricular repolarization (QT interval prolongation) by human pharmaceuticals (S7B). 2005
[7]  ICH. Nonclinical evaluation for anticancer pharmaceuticals (S9). 2009
[8] Daniel Crístian Ferreira Soares, Valbert Nascimento Cardoso, André Luís Branco de Barros, et al. Antitumoral activity and toxicity of PEG-coated and PEG-folate-coated pH-sensitive liposomes containing 159Gd-DTPA-BMA in Ehrlich tumor bearing mice. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 2012, 45:58-64