動(dòng)物病理學(xué)在新藥開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)控制中的作用

楊秀進(jìn)，李憲堂，王輝暖，師福山，周向梅，楊利峰，趙德明

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京 100193）

隨著人類文明和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展，一種現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)，那就是各種新型疾病紛至沓來，令人們應(yīng)接不暇。因此，新藥研發(fā)不僅是生命科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果更是人類社會(huì)發(fā)展的需要。目前應(yīng)用中的藥物，諸如小分子物質(zhì)、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、疫苗等種類繁多，不過，總體來看新藥的研發(fā)大體可分為兩個(gè)階段：研究和開發(fā)。這兩個(gè)階段相繼發(fā)生又相互聯(lián)系，區(qū)別在于候選藥物的確定。候選藥物確定之前為研究階段，之后為開發(fā)階段。在此過程中，由于病理學(xué)家對疾病發(fā)生機(jī)制，病理組織形態(tài)學(xué)觀察具有獨(dú)特的專業(yè)見解，在整個(gè)藥物研究和開發(fā)過程能夠保證更新、更復(fù)雜藥物的安全性和有效性。

1 病理學(xué)在研究階段風(fēng)險(xiǎn)控制中的作用

在藥物研究階段，研發(fā)人員要鑒別可藥化靶標(biāo)來滿足多種醫(yī)學(xué)需求。由于病理學(xué)家對病理生理學(xué)和疾病發(fā)生機(jī)制的深刻認(rèn)識，因此是研發(fā)團(tuán)隊(duì)不可或缺的關(guān)鍵成員，他們可以銜接臨床和非臨床兩個(gè)領(lǐng)域，對動(dòng)物模型建立和應(yīng)用方面給以建議，對疾病發(fā)生機(jī)制提供專業(yè)的分析、解釋。

2 病理學(xué)在開發(fā)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制作用

一旦某種分子被選定為候選藥物，就要考慮到這種分子的風(fēng)險(xiǎn)；而這種風(fēng)險(xiǎn)往往不會(huì)直接看到，不易察覺，這就是靶標(biāo)的嚴(yán)格篩選和對脫靶效應(yīng)深刻認(rèn)識是新藥研發(fā)成功至關(guān)重要的原因。從一開始，病理學(xué)家就需要參與到臨床前各種試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，以保證病理學(xué)終點(diǎn)（pathology endpoints）的收集，尤其對非標(biāo)準(zhǔn)病理學(xué)終點(diǎn)的收集，并充分考慮到后續(xù)工作（如 EM、IHC或一些要求冰凍組織或特殊固定劑的染色）、達(dá)到預(yù)期效果的時(shí)間、對靶標(biāo)生物學(xué)的了解、意料中的效應(yīng)信號、脫靶效應(yīng)的病理生理學(xué)以及可回溯性等等其它考慮的因素。

2.1 在藥物非臨床研究早期風(fēng)險(xiǎn)控制中的作用

藥物非臨床研究質(zhì)量管理規(guī)范（GLP）是敲定候選藥物后指導(dǎo)開展臨床前試驗(yàn)的操作指南。作為GLP指導(dǎo)下的早期研究，將利用預(yù)期的候選藥物或相關(guān)分子進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)。在以往的研發(fā)工作中，研發(fā)人員找到用來確認(rèn)靶標(biāo)調(diào)節(jié)或者至少是靶標(biāo)攻擊所必需的藥效終點(diǎn)后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及其組織會(huì)被拋棄處理，不進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，現(xiàn)在研究者意識到這種做法相當(dāng)不科學(xué)。病理學(xué)家起著雙重作用，他們在比較病理生理學(xué)方面知識豐富，不僅能確認(rèn)安全責(zé)任，還能為藥效終點(diǎn)（efficacy endpoints）提供建議，解釋動(dòng)物模型信息。

在藥物開發(fā)早期，病理學(xué)家從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中獲得的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)為藥物分子開始GLP階段的檢測提供安全策略，例如，藥物試驗(yàn)中，當(dāng)觀察發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)大鼠的生長板變薄時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致候選藥物的研發(fā)停止；檢查動(dòng)物模型關(guān)節(jié)畸形時(shí)可通過免疫組織化學(xué)的方法，這種方法能夠直接指示出與效應(yīng)機(jī)制相關(guān)的信號，并且只與處于生長期的嚙齒動(dòng)物相關(guān)。因此很明顯，從早期的動(dòng)物模型中獲得安全性數(shù)據(jù)是非常有利的，而且有高水平的病理學(xué)家參與方案的制定可以研究早期獲得的病理生理學(xué)的依據(jù)，并確保形態(tài)學(xué)終點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集和解釋。

2.2 在臨床前藥物夸大效應(yīng)毒性研究中的風(fēng)險(xiǎn)控制作用

藥物毒性主要來源于兩個(gè)方面，一是與預(yù)期的目標(biāo)靶位結(jié)合，另外一個(gè)則是與預(yù)期之外的其他分子相互作用。然而脫靶毒性按慣例更傾向與某種小分子有關(guān)，這種小分子可以與多種預(yù)期之外的靶位產(chǎn)生化學(xué)性結(jié)合，而大分子（如，蛋白質(zhì)，核苷酸等）通過與一些受體的結(jié)合也可以產(chǎn)生此效應(yīng)。藥物在與受體的結(jié)合過程中可產(chǎn)生夸大效應(yīng)，受體的夸大效應(yīng)可產(chǎn)生毒性作用，如，由靶淋巴細(xì)胞或巨噬細(xì)胞受體釋放的細(xì)胞因子可增加Tc細(xì)胞或NK細(xì)胞的抗癌能力，但是，細(xì)胞因子釋放量過多后，此效應(yīng)會(huì)擴(kuò)大，導(dǎo)致細(xì)胞因子以及大量作用于血管的細(xì)胞因子的級聯(lián)釋放，會(huì)有潛在的致命威脅。

病理學(xué)家通過從已知毒性機(jī)制中分辨出上述不同類型的機(jī)制，從而增加開發(fā)過程中的藥物價(jià)值，通過開展不包括候選藥物的藥劑（如抑制性RNA）靶位調(diào)變實(shí)驗(yàn)，分析藥物在動(dòng)物體內(nèi)所產(chǎn)生的反應(yīng)及組織形態(tài)學(xué)變化，了解可成功識別安全靶位效應(yīng)的病理生理學(xué)機(jī)制，或者控制由夸大效應(yīng)產(chǎn)生的與毒力相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 在臨床前藥物劑量毒性中的風(fēng)險(xiǎn)控制作用

由于臨床前毒性研究的目的在于測定產(chǎn)生毒性的劑量（包括給藥途徑和血藥濃度）以及效應(yīng)器官，從之前的效力試驗(yàn)和初步的檢測毒性研究中盡可能獲得對這些問題的充分認(rèn)識，并且需要討論涉及所有形態(tài)學(xué)變化結(jié)果的意義。如果在一項(xiàng)為期7天的藥物研究中發(fā)現(xiàn)肺臟僅出現(xiàn)輕微毒性，那么同樣劑量持續(xù)一個(gè)月會(huì)不會(huì)僅僅產(chǎn)生更強(qiáng)的不致命的毒性作用，或者該劑量是否應(yīng)當(dāng)增大到可以得到劑量限制毒性以供管理機(jī)構(gòu)評價(jià)。同樣，通過試驗(yàn)得到無副作用劑量（NOAEL）也十分重要。病理學(xué)家可能會(huì)被問到某個(gè)劑量是否有效且無副作用，或者雖然肝臟未出現(xiàn)形態(tài)學(xué)變化，但是一些化學(xué)指標(biāo)如ALT含量輕微變化是否代表其引起了副作用。有多年的科學(xué)探索，并經(jīng)過長期訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)積累的病理學(xué)家能夠解決這些問題。例如，任何顯著的心原肌球蛋白水平升高都是心肌退化或壞死的征兆，即使大范圍的心臟取樣都沒有發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞損傷?？梢娊鉀Q這類問題的關(guān)鍵是適當(dāng)劑量的選擇，并且需要病理學(xué)家掌握該化合物的翔實(shí)資料以及臨床前藥物開發(fā)的科研思路和工藝。

2.4 在臨床前藥物可逆性和延遲性毒性反應(yīng)中的風(fēng)險(xiǎn)控制作用

可逆性和延遲性毒性反應(yīng)是設(shè)計(jì)操作步驟時(shí)具有爭議的方面，主要問題包括藥物持續(xù)多長時(shí)間、給予多大的劑量以及終點(diǎn)時(shí)的情況等等，這些問題可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、經(jīng)驗(yàn)估計(jì)、文獻(xiàn)報(bào)道預(yù)測。當(dāng)然，如果有無限的資源和時(shí)間，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該進(jìn)行不同劑量的可逆性檢測，應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)合理的操作程序從而使臨床醫(yī)師用藥時(shí)能夠最大限度地減少藥物的副作用。

這個(gè)問題看起來比較簡單，一定的形態(tài)學(xué)改變后可以通過停止用藥進(jìn)而恢復(fù)，但是如果在再生能力有限的器官出現(xiàn)明顯的細(xì)胞壞死，那么即使停止用藥也不能恢復(fù)其原有的狀況。并且還存在是否能用動(dòng)物進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的爭議。不過，由于實(shí)際中并不會(huì)走向兩個(gè)極端，而且藥物的毒性也并不是不可預(yù)測的，因此需要提前檢測可逆性。病理學(xué)家經(jīng)過長期的訓(xùn)練，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以為許多可逆性試驗(yàn)提供很好的預(yù)測，因此需要一同參與制定試驗(yàn)計(jì)劃，或者根據(jù)試驗(yàn)操作預(yù)測可能出現(xiàn)的變化。

病理學(xué)家的參與對于確定恢復(fù)期的長短有著非常重要的作用，他們會(huì)將許多因素考慮在內(nèi)，包括：操作指導(dǎo)、復(fù)合物的半衰期、生物學(xué)特性、適應(yīng)癥以及應(yīng)用后引起組織器官形態(tài)變化的程度等等。在快速試驗(yàn)中，一個(gè)好的方案至少可以保證復(fù)合物對動(dòng)物的致病性最小，并且最少要保證動(dòng)物能夠存活四周，這樣才能夠確保許多病理學(xué)變化過程得到詳細(xì)觀察。如果要進(jìn)行可逆性試驗(yàn)時(shí)還需要考慮許多因素，單個(gè)的設(shè)計(jì)不能代表所有的操作程序。

另外一個(gè)需要檢測的是毒性的延遲作用和可逆性的關(guān)系，影響這兩者關(guān)系的主要內(nèi)容有：①用藥后的時(shí)間。因?yàn)橐恍┛赡嫘詫?shí)驗(yàn)并不一定在檢測時(shí)間段內(nèi)能夠觀察到藥物的毒性延遲作用；②病理學(xué)家是檢查了所有的組織，還是只檢查了與治療相關(guān)的組織。對于用藥后到動(dòng)物剖殺前的這段時(shí)間，實(shí)驗(yàn)人員必須做出很好的選擇才能夠研究可逆性和毒性延遲作用，否則即使獲得了一些有用的數(shù)據(jù)也只是運(yùn)氣問題，但是如果試圖設(shè)計(jì)一個(gè)方案能夠同時(shí)兼顧可逆性和毒性延遲實(shí)驗(yàn)，是不太明智的。因?yàn)閷τ趩渭兊目赡嫘詫?shí)驗(yàn)，病理學(xué)家只需要觀察那些肉眼可見的變化，而當(dāng)檢測藥物的毒性延遲作用時(shí)需要對先前未見病變的組織進(jìn)行檢測，但這對于半衰期很長或者對許多組織有多方面廣泛影響的檢品（如抗體）是比較不利的。

病理學(xué)家在確定其相關(guān)性、嚴(yán)重性以及種屬特異性方面的解釋是至關(guān)重要的。在可逆性研究階段，病理學(xué)家還可以根據(jù)相關(guān)征兆判斷是完全可逆還是部分可逆，當(dāng)有跡象顯示是部分恢復(fù)時(shí)，病理學(xué)家還能夠及時(shí)采取相關(guān)措施使其向完全可逆方向發(fā)展，或者在某些情況下可以使病例組織器官的功能完全恢復(fù)，例如，腎小管壞死是一種很嚴(yán)重的病變，可以導(dǎo)致腎臟功能受損，但是通過停藥兩周能夠使其完全恢復(fù)，尤其是當(dāng)組織器官基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完好的時(shí)侯（腎小管基底膜，腎臟脈管系統(tǒng)等）。如果病理學(xué)家發(fā)現(xiàn)雖然并沒有完全恢復(fù)到靜止期，但是有許多再生性的嗜堿性小管，伴隨著較低的胞漿、胞核比率，此時(shí)一般為消退期，因?yàn)榛謴?fù)到正常狀態(tài)只是時(shí)間問題。

總之，在非臨床前新藥研發(fā)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制中，要確保開展的這些研究能夠?yàn)槿梭w實(shí)驗(yàn)提供安全可靠的依據(jù)，就要求對比較病理生理學(xué)、內(nèi)科學(xué)、臨床生物化學(xué)、血液學(xué)和其它學(xué)科有深刻的理解。而訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富的病理學(xué)家即能滿足這一要求。不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)控制管理會(huì)阻礙藥物開發(fā)，甚至使研發(fā)停止，使研究者遭受損失，更為嚴(yán)重的是會(huì)危害患者健康。讓病理學(xué)家參與到新藥研發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)管理隊(duì)伍中來，幫助研發(fā)、監(jiān)控研發(fā)，是成功研發(fā)與優(yōu)良的風(fēng)險(xiǎn)管理策略相銜接的關(guān)鍵。

［1］Non-clinical safety studies for conduct of human clinical trials of pharmaceuticals［J］.1997.

［2］Boone，L.and D.Meyer，et al.Selection and interpretation of clinical pathology indicators of hepatic injury in preclinical studies［J］.Vet Clin Pathol，2005，34（3）：182-8.

［3］Brennan，F(xiàn).R.and G.Dougan.Non-clinical safety evaluation of novel vaccines and ad juvants：new products，new strategies［J］.Vaccine，2005，23（24）：3210-22.

［4］Foster，W.R.and S.J.Chen，et al.A retrospective analysis of toxicogenom ics in the safety assessment of drug candidates［J］.Toxicol Pathol，2007，35（5）：621-35.

［5］Pritchard，J.F.and M.Jurima-Romet，et al.Making better drugs：Decision gates in non-clinical drug development［J］.Nat Rev Drug Discov，2003，2（7）：542-53.

［6］Serabian，M.A.and A.M.Pilaro.Safety assessment of biotechnology-derived pharmaceuticals：ICH and beyond［J］.Toxicol Pathol，1999，27（1）：27-31.

［7］Verdier，F(xiàn). Non-clinical vaccine safety assessment［J］.Toxicology，2002，174（1）：37-43.