请问一下API的基因毒性研究怎么做？

adliu611

如题，EDQM要求做原料药的基因毒性研究，之前没有接触过相关方面的资料，所以求教各位大神，谢谢！P.S：这段时间在论坛上、网上也查找了一些相关资料，但是还是一头雾水，英语水平对一般文献、法规都能看的懂大概，但是这个基因毒性的相关资料却是有点困难，想请教一下有没有做过这个方面的大神，一般来说，要做这个从哪几个方面着手？

毒手药王

基因毒性杂质研究升龙记
文章内容写的还算不错，不过让我比较佩服的还是这对中国文化的沉淀，看到这个升龙记的几个部分的名字，就知道对中国的易经文化非常熟悉。
曾经看过易经的一部分，给大家再看看易经的第一卦《乾卦》：
《乾》：元亨利贞。
初九：潜龙，勿用。
九二：见龙在田，利见大人。
九三：君子终日乾乾，夕惕若厉,无咎。
九四：或跃在渊，无咎。
九五：飞龙在天，利见大人。
上九：亢龙，有悔。
用九：见群龙无首，吉。
下面，正文来了。。。。。。跑题了比较多了。^_^。。O(∩_∩)O~
2015-08-15 丛铭均 HPC药闻药事
缘 起
前几天，笔者在药闻药事发布文章“从ICH杂质三限浅谈新药与仿制药研发过程中的策略”之后，有小伙伴表示这篇文章有很大的漏洞，怎么没有基因毒性杂质？
是的，一般杂质指导原则出了好多年了，一般做药物研发的人都读过，笔者在之前的文章中也仅仅是回顾和总结而已。关于基因毒性杂质指导原则（ICHM7）去年才正式公布，本人也是刚读过不久，若非有人问及，实不敢班门弄斧。
另外，还有小伙伴吐槽表示：上一篇文章全篇都是论述，要故事没故事，要插图没插图，就那么堆叠罗列，一点都不好看。因此，此次尝试以章回体叙事形式，来讲解一下基因毒性杂质指导原则（ICHM7）的形成过程，并陈述基因毒性杂质控制思路。
本文结构共分为如下8个部分：【楔子】【第一回：潜龙初现】【第二回：现龙在田】【第三回：惕龙日进】【第四回：跃龙在渊】【第五回：飞龙在天（大结局）】【第六回：ICHM7核心内容总结】【结语】。
文中各方力量角逐的描写，仅为笔者对比历次法规变更后的一些推测，可能与实际情况有出入，如若反感请轻拍。如有读者仅想了解“基因毒性杂质处理标准和思路”，请直接拉到第六回及以后内容——但笔者仍然建议耐心看完，因为其他章节包含很多ICH M7条款的论证过程。如有理解不正确或偏颇之处，还请小伙伴及时指出，共同提高。
楔 子
在开始前,我们先弄清楚两个问题：
1.什么是基因毒性杂质?
比较权威的解释是：遗传毒性杂质不同于药品中的一般杂质，极微量水平即能诱发DNA 突变的一类杂质。有着重大的安全风险，像香烟中的苯并芘，常见的黄曲霉，都是高毒性基因杂质。
2.基因毒性杂质难处理在哪？
我们知道，对一种杂质进行控制程度的严宽主要取决于杂质对人体的危害程度，而一种杂质是否对人体产生危害主要取决于2个维度的因素：一是量变引起质变，二是杂质自身的毒性。
一般的杂质为无毒或微毒的物质，只有达到足够剂量时也会变得有害或者可能有害，比如乙醇正常量使用是没有什么危害的，而过量服用则可能引发各种病症。对此类杂质，只要控制到一定安全限度以下即可，即便技术上可以控制到很低的限度，但这种做法一没有必要，二也没有意义。一般杂质控制策略主要依据于此。
而基因毒性杂质与一般杂质不同，他们的存在无论微量还是极微量对人体都是百害无一利的，比如黄曲霉，N-亚硝基，偶氮化合物，极微量就会给人造成基因突变甚至致癌，并且这类物质在新药开发过程中并不少见，由于其安全限度极其极其微量，无论在工艺技术层面还是成本方面都很难将此类物质做到绝对安全限度下，而有些含有基因毒性的药物在临床上却是极为重要甚至救命的药物。
如果对它放任不管，则是对企业的纵容，对患者的不负责，对科学的蔑视，监管上的失职；而禁止一切所有可能或者存在基因毒性杂质产品的研发，那么大量有潜在突破性治疗或救命的药品将被拒之门外，对等药救命的患者，以此为生的医药工业都是巨大的损失，对医药科技发展也会产生巨大阻碍。放任不管和一刀切都是可取，无视更不是面对问题的态度，因此一个既能权衡科学，监管，企业，患者的利益，也在技术，成本，实施方面可行的指导文件的推出，已势在必行。
为此,作为医药监管部门的国际领跑者EMA和FDA，与代表制药工业利益的PhRMA等机构，从2000年起不断的在上述问题上进行角逐和争辩，多次发布指导原则进行改进。最终，由ICH发起，调和多方的建议，历经2次征求意见，在2014年10月推出了毒性杂质研究集大成之作“ICH M7：评估和控制药物中的DNA 反应性(致突变性)杂质以限制潜在的致癌风险 ”（以下简称药物基因毒性杂质控制指导原则），来平衡多方意见，指导国际基因杂质研究。ICHM7可谓是基因杂质研究领域的葵花宝典，将上述问题解决的非常透彻，不过相比解决方案，法案形成的过程更值得我们细心品味。
第一回：潜龙初现
2000年以前，对于基因毒性杂质研究不仅没有任何指导原则，甚至研究理念都很模糊，但随着对基因杂质认知及检测手段的不断提高，对基因毒性杂质有了更深刻认识。
2000 年，欧洲药品质量理事会(简称EDQM)发表在药典论坛(Pharm Europa)的文章最早涉及遗传毒性杂质，该文提醒磺酸在醇溶液中有生成磺酸酯的风险，并推测甲磺酸盐药品中含有烷基磺酸杂质(磺酸酯和烷基磺酸均为潜在遗传毒性杂质)，要求提供除欧洲药典要求的限度试验外信息。
此项举措的重要意义，在于首次要求遗传毒性杂质进行研究，至此开始了药品遗传毒性杂质风险评估和控制的新纪元。
第二回：现龙在田
但是EDQM提出的仅仅是一个理念，没有限度标准和实施指南。因此实施起来的想象空间可就大了，也无法引起制药业的重视，患者的安全也得不到保障。其实这也不能全怪制药工业，商人嘛，追逐利益是天职。
因此，为了找到切实可行的实施方法，2002 年，EMA 最先发布了遗传毒性杂质指南即“遗传毒性杂质限度意见书”。对执行标准和实施办法进行征求意见,即对安全遗传毒性杂质阈值确立机制和工艺中存在遗传毒性杂质时的解决办法进行征求意见。该意见书意义重大：
1、阈值机制的建立：意见书首先确立杂质阈值机制，将杂质分为有充分实验证据的遗传毒性杂质和没有充分相关证据的遗传毒性杂质，并分别采用定量风险评估法和不确定因素法评估遗传毒性杂质风险。简单解释下两种阈值确认的依据：
定量风险评估法：数据来源于大鼠致癌性分析，采用的风险概率为1/100 000(一生即70 年暴露于该剂量杂质下，每10 万人有1 人死于癌症)。
不确定因素法：适用于没有充分相关证据的遗传毒性杂质，其阈值计算公式与ICH Q3C中残留溶剂提供的限度公式一致。
2、生产工艺：规定药品申报文件必须提供生产工艺不可避免产生遗传毒性杂质的说明，同时要求如果有备选更安全的生产工艺，应选择后者；如果厂家改变了工艺，风险仍存在，则建议将遗传毒性杂质的残留水平降低至技术可行水平。
至此，基因毒性杂质有了初步的研究框架及生产指导。
第三回： 惕龙日进
虽然有了初步实施标准和实施方法，但和很多新生事物出现时会面临众多问题一样，各界对这份意见书的标准依据可靠性，技术可行性，执行型灵活性，执行范围存在一些疑惑及不确定，主要如下：
1.科学界表示，杂质在大鼠身上的致癌性试验数据是否可靠？对已知基因毒性杂质的阈值设定是否合理？
2.工业界表示，从技术成本角度上，“技术可行水平”是什么水准？为了一个基因毒性杂质，就要不计成本，不计技术可行性做到极限，这种极端的行为指导要对制药工业斩尽杀绝？
3.患者表示，规定太死板，阈值设定是个固定值，那么对一些短期暴露、治疗病危预期仅存活5 年且没有更安全的疾病是否太过死板，因为基因毒性杂质问题导致救命药不能上市，对等药救命的患者是否太过残忍？
4.大家表示，执行范围规定不够明确，都哪些药品需要做基因毒性杂质控制，上市品是否需要控制？做好的饭用不用要回炉？
鉴于各方的不满，EMA分别于2004年和2006年发布了遗传毒性杂质限度指南草案和正式版本，相比意见书，分别对上述4个问题协调改进：
依据可靠性方面，采用毒理学关注阈值(TTC)控制已确定遗传毒性杂质。TTC 值是在对有潜在致癌性的化学物质数据库中343 种致癌物进行分析的基础上确定的，并且经对含有700 多种致癌物的扩充数据库的评价中得到了反复确认，因此认为可靠。一般基因毒性杂质 TTC 值设定为0.15 μg/d。在该接触水平下，其终身患癌风险为1/100 000。但对毒性较大的致癌物，如黄曲霉素类、N-亚硝基物和偶氮化合物，不适用TTC原则进行控制，这类杂质需要特定杂质毒性数据并进行风险评价，如有必要则需要进一步分析。
技术可行性方面，将术语“低至技术上可行”变更为“低至合理可行”；工艺路线选择上，将如有安全的可替代工艺则选择安全可替代的要求去除。这样给制药企业在工艺改进上给予了很大的缓冲空间。
最重要是执行上的灵活性，监管方意识到不可能完全消除遗传毒性杂质带来的风险，并引入可接受风险水平概念。在短期暴露、治疗病危预期仅存活5 年且没有更安全的治疗选择，或者通过其他途径(如食物)接触水平要高于通过药品接触等情况下，TTC的1.5 μg/d这个限度可以适度放宽（这种思维大赞）。
新药必须进行基因毒性杂质的研究。对于已有的药品，不强制进行遗传毒性杂质分析评估。如下情况例外：1、对已上市品进行化学合成变更；2、仿制品上市时，则需对其合成路线、过程控制、杂质概况评价后，并且保证与已有产品相比，其产品未引入新的或更高水平的基因毒性杂质。
至此经过两轮的改进，基因毒性杂质有了相对成熟的解决方案，最不满意的工业界也表示接受，各方的矛盾得到大大的缓解。
第四回： 跃龙在渊
经过上述两轮的改进，法案主要问题虽然都得以解决，但任何事情发展都遵循主要矛盾消失时次要矛盾就会变成主要矛盾的规律，基因杂质处理也不能例外。上面的方案在医药企业实施过程中面临两个问题：
1.对短期或超短期使用药物，仍然将遗传毒性杂质限度定为1.5 μg/d ?是否太过保守？按照70年累计毒性的1/100000致死率，不同服用期限的药物，是否可以更加灵活的梯度处理？
2.对产品中存在多个遗传毒性杂质情况，指南未明确其限度如何控制：每个杂质的限度遵循TTC 原则还是要求总的限度不超过1.5 μg/d。
上面每一个问题都与制药工业企业的利益息息相关，稍有闪失则需要付出巨大的代价。
为抢占先机争取主动权，大家推选制药工业赫赫有名的PhRMA(美国药品研究和制造专家组)为武林盟主，率先针对上述问题率先提出了“分期TTC” 和“五分类系统”对遗传毒性杂质法进行研究并于2006年发表在Regulatory Toxicology and Pharmacology杂志中，其主要结论如表1和表2。
PhRMA的“分段TTC”及“五分类系统”发布后，得到各界的广泛支持。迫于压力， EMA和FDA也表示顺应民意支持PhRMA的解决方案，貌似基因毒性杂质研究走向了最终的“世界大同”阶段。但实际上尽管EMA在后续的官方问答中明确表示：明确处于研究阶段药品的遗传毒性杂质控制问题，可采用美国药品研究和制造专家组(PhRMA)提出的“分期TTC”概念。但实际情况上EMA规定的限度又与PhRMA 提议的限度略有不同（安全层面上的分歧，篇幅原因不再敖述）。
另外一方面，五分类系统仅解决单个杂质的处理思路问题，对累积基因毒性杂质（可简单理解为总杂）的限度如何确定，EMA，FDA，PhRMA等不同立场的集团并未有达成一致协议。
在基因毒性杂质控制的世界大同路上，暂时陷入了僵局。
第五回：飞龙在天（大结局）
乱世出英雄，各方都僵持不下的时候，必然会有一个合适的人走出来主持大局，做个和事佬，顺便一统天下（嘿嘿……）。他就是ICH。
ICH首先对EMA, FDA和PhMRA的功绩表示肯定，肯定了处理基因毒性杂质质量标准“分段TTC”和处理流程“五分类系统”的科学性，同时在“达成统一的质量标准”和“实施方法的重要性”方面，对各方陈之以理动之以情，最终经过多年的准备和4年的征求意见，多方协议得以达成。这一部集EMA、FDA、PhRMA多方基因毒性杂质研究精华于一身的集大成之作——“ICHM7基因毒性杂质研究指导原则”面世。
从此，基因毒性杂质结束14年之久各国独自为政的纷乱，走向世界大同之路。
第六回：ICH M7核心内容总结
废话说完，现将这部经典大作的核心内容，控制标准及控制策略总结如下：
1、基因毒性杂质的控制标准
ICH M7对基因杂质毒性控制标准分为3部分处理：单杂，总杂，高毒性致癌物。
单杂控制限度如表3，当药物含有多个基因毒性杂质时，单杂除了满足上表之外，总杂质应满足表4要求：
对毒性较大的致癌物，如黄曲霉素类、N-亚硝基物和偶氮化合物，不适用TTC原则进行控制，这类杂质的风险评价需要特定杂质毒性数据，需进一步分析（不多阐述）。
2、基因杂质的控制策略：
这方面ICH完全接受PhRMA 的基因毒性杂质“五分类系统”处理流程，处理思路见决策树。
如上图，基因毒性杂质控制思路简述如下：
首先，进行全面评价，对工艺路线进行回顾，深入研究合成过程可能产生的杂质种类；然后，对工艺中可能产生的基因毒性杂质进行文献检索，用计算机软件(如toctree等)来评估和鉴定杂质并按五分类法进行分类；最后，根据策树上的路线进行区别对待：
（1）对于已知基因遗传毒性致癌物，首先考虑工艺中去除杂质，如除不去，则需进一步进行风险评估，如果通不过风险评估或风险无法估计，则应根据分期TTC确定杂质阈值。
（2）已知基因毒性而致癌性未知的杂质,可根据风险程度，选择PDE控制或者TTC阈值控制。
（3）具有警示结构但与药物结构无关的基因毒性杂质，如无致突变性数据确认无毒或实验无法证实无毒，则归入分类2杂质，按2类进行控制；如果DNA实验证实无毒，则按一般杂质控制策略进行控制。
（4）对于第四类具有警示结构且药物结构相关的遗传毒性杂质，可直接看药品是否有基因毒性，药品无毒按一般杂质策略进行控制，药品有毒，则要对药品上市的合理性进行再评估。
（5）对于第五类杂质，不具有警示结构或未有充分证据表明该杂质是基因毒性杂质时，按一般杂质控制策略即可，不再关注。
结 语
如今，ICHM7正式版已经颁布近一年，仅仅几十页纸，凝聚了学术界,工业界和监管部门14年博弈成果，不禁对科学家们的严谨的治学态度而称赞，对工业界敢于为自己争取利益的胆识所敬佩，也为监管部门的耐心、灵活的协调能力而点赞。我们再回顾一些细节：
ICH M7对服用10年以上的药物规定其基因毒性杂质的限度低于1.5ug/d，而在这个限度内,70年致癌率为十万分之一。1.5ug是什么概念？我们每天呼吸的PM2.5,吃一口腌菜，吸两口二手烟引起的致癌风险，需要吃多少天药才赶上！
我们常说人该死怎么都会死，将人所有死法统计在内（被车撞死，被天上掉下来的陨石砸死，老死，病死，战乱死），假设人群最终有1/20几率患癌死于癌症（将癌症致死率定为100%），那么70年致癌率为十万分之一是什么概念？折算下即每年因药物基因毒性杂质的死亡率为一亿四千万分之一，而承担一亿四千万分之一死亡率的同时，包含这些基因毒性杂质的药物却拯救了无数的生命！
但这个一亿四千万分之一的几率却是学术界，工业界，监管部门设定不可逾越的红线，对生命尊重甚至敬畏的红线。14年，学术界减少这一亿四千万分之一死亡率与工业界死磕，监管部门为一亿四千万分之一死亡率疲于周旋，而工业界在这一亿四千万分之一的死亡率面前最终妥协……作为一个时常问药品和馒头那个更脏的制药工业一员，笔者虽仍然认为这个限度的设定极为荒谬，但也为这场博弈中展现出的对生命的敬畏感到震撼和无比的感动，这不再是几张纸，而是一部生命的赞歌！
日常工作中，我们可能经常被迫忙于应付药品监管，忙于节省成本，忙于开发市场……也许都是必要的，也真的值得去忙，但有时不妨停下脚步感受下这部法规中对生命的敬畏，回忆回忆我们进入制药领域的初衷……

毒手药王

对于不明显遗传毒的杂质，宜采用TTC法计算遗传毒性杂质：
1. TTC法来源于FDA；食品中低于0.5ppb的浓度就可以认为无关公共安全问题；假如每天食入1.5kg固体/1.5kg液体，等同于1.5ug/每人/每天。
2. TTC限度的确定
测得TD50（50%啮齿类动物可能发生肿瘤的剂量），采用线性外推法肿瘤发生率降低至百万分之一的剂量，对于大部分遗传毒性杂质，终身暴露量小于1.5ug/每人/每天，产生肿瘤的风险低于1/1000000。
3. 少数致癌性特别强的物质，不适合1.5ug/每人/每天，具体情况具体对待
如类黄曲霉素；N-亚硝基，氧化偶氮化合物，此类物质具有明确的致癌结构，限度要求更为严格，需要参照具体的指导原则具体分析。
4. 高于1.5ug/每人/每天限度说明
遗传毒性杂质：致癌性于时间和剂量都直接相关；1.5ug/每人/每天是指终身用药，故短时间内用药限度可以超过1.5ug/每人/每天，不影响其致癌性。
故短时间+高浓度=长时间+低浓度。
故浓度*时间=常数。
5. 放宽限度的依据
低于终身剂量给药限度（LTL，Less Than Lifetime），给予TTC可接受的限度为1.5ug/每人/每天，该限度用于计算患者终身服药的理论值，按照70岁寿命进行计算。
1.5ug/每人/每天*365天*70年=38.3mg
治疗时限 ≤1个月 1~12个月 1~10年 10年~终身
日摄入量（ug/天） 120 20 10 1.5
6. 含有多个遗传毒性杂质的计算
基于TTC原则，当原料中含有多个遗传毒性杂质，控制遗传毒性杂质总量可以适当放宽
1.5ug/每人/每天*365天*70年=38.3mg
治疗时限 ≤1个月 1~12个月 1~10年 10年~终身
日摄入量（ug/天） 120 60 30 5
但需要加以关注，当原料药合成工艺中可能产生3个以上遗传毒性杂质，可能CDE直接作出不批准处理（否决项）。
7. 对于明确遗传毒性的杂质，宜采用PDE法进行控制
PDE=Noael*体重校正/种属间差异系数/个人间差异系数/短期毒理系数的校正/对于严重毒性的校正因子/如果未明确Noael时的校正因子
8. 为了提高药品质量，提高人民用药安全，应该对遗传毒性杂质进行严格控制；
主要通过鉴别、风险评估和控制等方法对遗传毒性杂质进行控制；
具体方法可参考ICH M7指导原则；
还需要具体问题具体对待，如类黄曲霉、N-亚硝基、氧化偶氮化合物要求更为严格，因为其具有明确的遗传毒性。

毒手药王

分享一篇由AZ、GSK、雅培、安进、勃林格殷格翰、武田各公司合作编写的论文： Risk Assessment of Genotoxic Impurities in New Chemical Entities: Strategies To Demonstrate Control 个人认为是关于基因毒性杂质控制方面的非常棒的论文。

adliu611

非常感谢！

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