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對(duì)于化學(xué)藥物，在活性藥物成分生產(chǎn)過(guò)程中，一些起始物料（Starting Material）、中間體（Intermediate）、試劑（Reagent）和反應(yīng)副產(chǎn)物（Byproduct）不可避免地作為雜質(zhì)存在于最終產(chǎn)品中，藥物的安全性不僅取決于藥物本身的毒性情況，也與其所含有的雜質(zhì)密不可分。

2017年6月，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局加入ICH（國(guó)際人用藥品注冊(cè)技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)），標(biāo)志著我國(guó)在藥品安全方面正式與國(guó)際接軌，并在2020年版的《中國(guó)藥典》中增加了“遺傳毒性雜質(zhì)控制指導(dǎo)原則”（指導(dǎo)原則9306），自此，國(guó)內(nèi)監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)遺傳毒性雜質(zhì)研究與控制的關(guān)注程度日益提高。

遺傳毒性雜質(zhì) 

根據(jù)中國(guó)藥典，遺傳毒性雜質(zhì)是指能引起基因毒性的雜質(zhì)，包括致突變雜質(zhì)和其他類(lèi)型的致DNA損傷雜質(zhì)。

致突變雜質(zhì)（Mutagenic Impurity）指在較低水平時(shí)也有可能直接引起DNA損傷，導(dǎo)致DNA突變，從而可能引發(fā)癌癥的遺傳毒性雜質(zhì)。

DNA即脫氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid），是生物細(xì)胞內(nèi)含有的四種生物大分子之一核酸的一種。DNA共有三級(jí)結(jié)構(gòu)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)是指四種核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列順序，通過(guò)磷酸二酯鏈接形成的多核苷酸，由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，又可稱(chēng)為堿基順序。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)，高級(jí)結(jié)構(gòu)又決定和影響一級(jí)結(jié)構(gòu)的功能。

致突變性研究 

在19世紀(jì)70年代Elizabeth C. Miller和James A. Miller對(duì)化合物致癌機(jī)理深入研究的基礎(chǔ)上，提出來(lái)注明的化合物致癌的“親電理論”，理論認(rèn)為DNA的親和活性基團(tuán)主要有堿基上的氮、堿基上的氧、堿基上特定位置的碳一級(jí)磷酸酯骨架，這些位點(diǎn)與親電試劑發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生不可逆的變化，從而引起基因突變，而基因突變是誘發(fā)癌癥的重要原因。

附圖1 組成DNA的四種堿基結(jié)構(gòu)

（圖片源自：王文娟，盛卸晃等，化學(xué)合成堿基對(duì)及其DNA結(jié)構(gòu)性能研究新進(jìn)展，山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），Vol.33 No.3 (2018) 253-264）

在Miller夫婦的理論研究之后，Bruce Ames博士在1975年提出并在1983年完善了致突變物的測(cè)試方法，即細(xì)菌回復(fù)突變實(shí)驗(yàn)（Bacterial Reverse Mutation Assay,也稱(chēng)Ames試驗(yàn)），本試驗(yàn)包含鼠傷寒沙門(mén)氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)和大腸桿菌細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)。

該理論和試驗(yàn)方式起初由Ames等人對(duì)已知致癌的300個(gè)化合物使用該方法進(jìn)行驗(yàn)證，后有多位科學(xué)家對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，包括Purchase（Imperial Chemical Industries）、Sugimura（National Cancer Center Research Institute）、Bartsch（International Agency for Research on Cancer）等，以上驗(yàn)證研究中所包含的化合物雖有所重復(fù)，但是研究結(jié)果顯示：接近90%的致癌物顯示具有致突變性。

在Miller夫婦所提出“親電理論”的基礎(chǔ)之上，John Ashby等在19世紀(jì)80年代提出了致癌性的警示結(jié)構(gòu)概念（Structural Alert），其理論基礎(chǔ)是具有相關(guān)功能基團(tuán)或亞結(jié)構(gòu)特征的化合物，可以進(jìn)攻或修改DNA進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生多種癌癥。

John Ashby在對(duì)222個(gè)已經(jīng)過(guò)NTP（National Toxicology Program）在大鼠和小鼠上研究確認(rèn)的致癌物進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，評(píng)估每個(gè)化合物的警示結(jié)構(gòu)片段以及Ames試驗(yàn)的致突變性結(jié)果和致癌性試驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系。

研究結(jié)果顯示，含有警示結(jié)構(gòu)片段的化合物與Ames陽(yáng)性試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性約為90%。

附圖2 John Ashby提出的包含各警示片段結(jié)構(gòu)虛擬致癌物結(jié)構(gòu)

（圖片源自：John Ashby, Fundamental Structural Alerts to Potential Carcinogenicity or Non-carcinogenicity, Environmental Mutagenesis 7:919-921 (1985).）

在A(yíng)shby等人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，Romualdo Benigni和Cecilia Bossa等人在已知的4337個(gè)化合物致突變?cè)囼?yàn)結(jié)果和1189個(gè)化合物致癌性試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了如下具有潛在風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)特征：

附圖3 Benigni等人整理的警示結(jié)構(gòu)片段

（圖片源自：Romualdo Benigni, Cecilia Bossa, Structure alerts for carcinogenicity, and the Salmonella assay system: A novel insight through the chemical relational databases technology, Mutation Research, 659 (2008) 248-261.）

研究者Benigni等人在對(duì)相關(guān)致癌/致突變的警示結(jié)構(gòu)片段歸納總結(jié)后，結(jié)合權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)約900個(gè)化合物的致癌性/致突變性結(jié)果，從靈敏度、專(zhuān)屬性和準(zhǔn)確度三個(gè)緯度對(duì)警示結(jié)構(gòu)的假設(shè)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示：

對(duì)于致突變性預(yù)測(cè)，Benigni理論的驗(yàn)證得分為72%至85%，Ashby理論的驗(yàn)證得分為74%至82%；對(duì)于致癌性預(yù)測(cè)，Benigni理論的驗(yàn)證得分為64%至74%，Ashby理論的驗(yàn)證得分為64%至69%。

結(jié)果表明，以上兩種警示結(jié)構(gòu)的匯總，均可對(duì)于潛在遺傳毒性雜質(zhì)的識(shí)別起到重要作用，對(duì)化學(xué)藥物研發(fā)過(guò)程中潛在雜質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和質(zhì)量控制起到非常重要的價(jià)值。

化學(xué)藥物的雜質(zhì)研究 

對(duì)化學(xué)藥物的雜質(zhì)研究，要從其合成工藝入手，結(jié)合工藝過(guò)程中的試劑、溶劑等信息，綜合考慮每步化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理及潛在的副反應(yīng)，梳理反應(yīng)過(guò)程中有潛在產(chǎn)生可能的雜質(zhì)，再結(jié)合目前已有的相關(guān)警示結(jié)構(gòu)信息，識(shí)別其中有潛在遺傳毒性風(fēng)險(xiǎn)的雜質(zhì)。

在對(duì)相關(guān)雜質(zhì)進(jìn)行梳理和識(shí)別的基礎(chǔ)上，結(jié)合QSAR預(yù)測(cè)及文獻(xiàn)檢索、數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)等手段，對(duì)相關(guān)雜質(zhì)制定適宜的研究和控制策略，確保相關(guān)藥品的安全性和有效性，以符合監(jiān)管部門(mén)日益提高的審評(píng)要求。