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【分析必读】解读基因毒性杂质控制策略及步骤、各国基因毒性杂质指南对比
发表于:2020-03-19 浏览:1288

  综述

  药品遗传毒性杂质控制相关指南和法规,为制药企业执行国际标准和准则提供一些建议和思路。通过查找数据库如Pubmed、Medline 及欧洲药品管理局(EMA)、美国食品药品监督管理局(FDA)、人用药品注册技术要求国际协调会议(ICH)等网站,比较各指南法规关于遗传毒性控制限度和控制措施的异同点,为遗传毒性杂质的控制提供一个可行性步骤。

  通过比较发现,EMA、U.S.FDA和即将出版的ICHM7 指南在关键原则的应用方面如毒理学关注阈值(threshold of toxicologicalconcern,TTC)、风险评估步骤、杂质5 分类法等基本相同,但现行EMA 和U.S.FDA 法规存在分歧,不利于其有效执行,而ICH M7 将为遗传毒性杂质的控制提供一个可行框架。ICH M7 将解决U.S.FDA 和EMA指南间分歧,更好地指导制药企业遗传毒性杂质的控制。

  药品中的杂质包括有机杂质、无机杂质和残留溶剂,而遗传毒性杂质不同于药品中的一般杂质,有着重大的安全风险,极微量水平即能诱发DNA 突变。因此控制药品中遗传毒性杂质是保障药品质量和安全的重点。有关遗传毒性杂质的法规起步较迟,在管理上存在滞后。2000 年欧洲药品质量理事会(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,至此开始了药品遗传毒性杂质风险评估和控制的时代。由于最初缺乏完整的监管指南,且制定法规的机构随时间不断变化,现行法规或多或少存在一些不一致的要求。笔者总结当前有关遗传毒性杂质的法规指南,比较其异同点,为遗传毒性杂质的控制提供一些建议和思路。


  1.有关遗传毒性杂质的指南

  1.1 EMA 遗传毒性杂质限度指南

  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”。意见书将遗传毒性杂质分为杂质阈值相关机制有充分实验证据的遗传毒性杂质和没有充分阈值相关机制证据的遗传毒性杂质,并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,意见书则建议将遗传毒性杂质的残留水平降低至技术可行水平。意见书推荐定量风险评估法和不确定因素法评估遗传毒性杂质风险。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已建立阈值机制的遗传毒性杂质,其接触限度建立的方法与ICH Q3C 残留溶剂一章所述一致。

  2004 年,EMA 下属的人用医药品委员会(CHMP)发布了遗传毒性杂质限度指南,相比意见书,该指南的变化包括:术语变更,如“低至技术上可行”变更为“低至合理可行”;生产要求的改变,如取消选择安全的可替代工艺路线;最重要是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。可接受风险水平指采用毒理学关注阈值(Threshold oftoxicological concern,TTC)控制遗传毒性杂质。TTC 值由Munro 于1996 年根据Gramer 决策树和分析化学物质慢性毒性资料提出,最初被美国食品药品监督管理局(FDA)用作食品接触材料的规定阀值。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。对毒性较大的致癌物需进一步分析,建议将具有警示结构(structural alerts)、容易引发潜在基因毒性的化学物质的TTC 值设定为0.15 μg·d-1。评价基因毒性杂质的可接受限度中所应用的TTC 值被设定为1.5 μg·d-1,即通过判断杂质在药品中的限度是否超过1.5 μg·d-1,以确定其是否对人体健康有害,且在该接触水平下,其终身患癌风险为1/100 000。该指南同时允许在以下情况建立更高接触限度: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。

  2006 年6 月28 日,EMA 公布了遗传毒性杂质限度指南的最终版,该指南为新药遗传毒性杂质控制提供了思路和方法,而对于已有的药品,不强制进行遗传毒性杂质分析评估。但以下2 种情况除外:①已经申请上市的化学合成品的变更;②已知活性药物成分的再申请,如其合成路线、过程控制、杂质概况评价后,与欧盟已授权销售的同类药物相比,不能保证其产品未引入新的或更高水平的杂质。对于阈值相关机制有充分实验证据的遗传毒性杂质,指南推荐按照“Q3C Notefor Guidance on Impurities: Residual Solvents”中2类溶剂的方法进行处理,建立无“基因毒性风险”摄入量水平。没有充分阈值相关机制证据的遗传毒性杂质的风险评价包括药学和毒理学评价,指南推荐采用TTC 原则,但高遗传毒性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。遗传毒性杂质限度指南最终版的发布对遗传毒性杂质控制有巨大的推动作用,但也存在一些值得商榷的问题:①对已上市药品,指南未明确如何控制药品中可能存在的遗传毒性风险,只要求“引起关注”,但未解释“引起关注”和如何关注;②对短期或超短期使用药物,将遗传毒性杂质限度定为1.5 μg·d-1 太过保守;③对临床开发阶段的药品,该指南并未明确药品遗传毒性杂质控制标准;④指南未明确是否可以应用“分期 TTC”概念;⑤对于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-1。针对上述问题,各监管方都积极合作推进该项工作。对上市产品如何应用指南,欧洲专利药品委员会(CPMP)下属的安全工作组(SWP)在其发布的文件中将“引起关注”定义为产品中此前存在或新发现存在遗传毒性杂质,EDQM进一步声明如果没有实际毒性数据,具有警示结构的化合物不必引起关注,同时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,但其限度又与PhRMA 提议的限度略有不同,见表1。而且SWP 也申明表中的限度值只能应用于研究阶段药品,上市药品不能套用。


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  1.2 PhRMA 意见书

  PhRMA建立了与给药持续时间相关的遗传毒性杂质可接受限度值,即“分期TTC”法,于2006年发表在《监管毒理学和药理学》(RegulatoryToxicology andPharmacology)杂志,其主要结论见表2


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  文章除了提出分期TTC 原则,还采用了5 分类系统对遗传毒性杂质进行分类,见表8。根据5分类系统,文章提出了构效关系(SAR)杂质评估策略。SAR 评估用于初步风险评估的第1 阶段,然后通过安全检测进行确证,主要是Ames 检测,此评估手段尤其适用于第3 类杂质。或者,更简单的方法是先进行结构预测,如杂质带有警示结构,再根据TTC 原则控制。

  1.3 FDA 遗传毒性杂质指南草案及其与EMA 遗传毒性杂质限度指南的对比

  2008 年12 月,FDA 发布了遗传毒性杂质指南草案,该草案与EMA 遗传毒性限度指南在关键原则方面相似,比如TTC 值、分期TTC 值及SAR评价法的采用。此外,U.S.FDA 建议儿科用药使用更低限度,并提议采用额外的安全因子3 和10,但该指南未明确儿科用药限度水平。对于杂质界定,该草案要求超过ICH 界定阈值的任何杂质,无论其是否含有警示结构,都要进行遗传毒性测试。不同点还包括超短期研究时分期TTC 值的差别,U.S.FDA 倾向于给药时间<14 d 时,限度水平定为120 μg·d-1。U.S.FDA 和EMA 指南的比较见表3。


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  2个地区关于遗传毒性杂质控制要求的差异给医药界带来困难,ICH 就这些差异进行协调,推出一个共同的指南,即ICH M7。

  1.4 ICH-M7 遗传毒性指南

  2010 年,ICH 专家组开始制定ICH M7 遗传毒性杂质指南,目前已经为第2 阶段版本,该指南发布后可能将取代EMA 遗传毒性杂质限度指南和U.S.FDA 遗传毒性杂质指南草案。ICHM7 指南旨在为遗传毒性杂质的鉴别、分类、鉴定和控制提供可行性框架,并为新化合物和临床研究阶段新药及产品上市申请提供指导。ICH M7 也适用于已获批准产品的变更评估管理,如合成路线变更致杂质水平升高或者产生新杂质。另外,如果已上市产品改变给药群体、适应证或剂量,且这类变更严重影响遗传毒性杂质致癌风险,那么该指南也适用于此类药物的上市申请。ICH M7吸收了EMA、U.S.FDA遗传毒性杂质相关法规内容,如警示结构、Ames 试验、有阈值和无阈值化合物及TTC 值。除了质量标准中的已知杂质,对于可能存在的低于ICH Q3A/3B规定的鉴定阈值的遗传毒性杂质,指南提倡采用风险评估管理。ICH M7 指南推荐的评估步骤为:首先进行初步评估,以确定杂质是否含有致癌性的警示结构,如果含有则进行Ames 试验评估,以确定杂质是否有DNA 反应活性致突变物。再通过搜索相应数据库和文献对杂质进行评估,然后根据5 分类系统进行分类。如果没有相关数据及文献进行杂质评估,应该选择构效关系评估。指南推荐采用定量构效关系(QSAR),需采用2 种QSAR 方法,一种基于专家规则,一种基于统计。采用QSAR 模型应遵循经济合作与发展组织建立的验证原则进行验证,并根据已有知识人工审核计算机分析结果,如2 种方法得出化合物不含警示结构,该化合物则不需做进一步试验(按5 分类法归为第5类)。由此可见,ICH M7 指南与EMA 指南相似,但是超短期研究阶段,持续时间延长为1 个月,其分期TTC 值为≤120 μg·d-1。

  1.5 各遗传毒性杂质指南总结

  上述指南进行总结,见表4,并分别阐述其意义,各监管方以及行业协会PhRMA 关于分期TTC 限度值总结,见表5。上述指南的制定过程反映监管方和行业协会对药品中遗传毒性杂质控制的思考,即将执行的ICH M7 指南为遗传毒性杂质的控制提供了切实可行的框架。


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  2.遗传毒性杂质控制步骤

  根据上述指南,遗传毒性杂质控制可分为3个阶段。2.1 第1 阶段,识别并追踪阈值相关机制有充分实验证据的遗传毒性杂质首先全面评价和回顾工艺路线,深入研究合成过程,结合文献检索、计算机软件(Toxtree 软件)评估鉴定可能遗传毒性杂质(PGI),根据评估结果按5 分类法将杂质分类,再由分类结果决定控制措施,决策树见图1。


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  2.2 第2 阶段,确定杂质限度

  阳性致癌性数据杂质的可接受限度(PDE)可通过致癌力和线性外推法计算获得,如某化合物啮齿动物的致癌性数据TD50值为A(给予剂量A的患癌风险为1/2),通过线性外推至10-5 致癌风险的剂量则是A 除以50000。以环氧乙烷为例,首先查询致癌性数据库得到环氧乙烷TD50 值为21.3 mg·kg-1·d-1(大鼠)、63.7 mg·kg-1·d-1(小鼠),以较小值( 大鼠) 计算PDE ,则动物PDE=21.3mg·kg-1·d-1/50 000=0.42 μg·kg-1·d-1,折算为人类PDE=0.42 μg·kg-1·d-1×50 kg=21.3 μg·d-1(体质量以50kg 计)。因此,每天摄入环氧乙烷的量不超过21.3 μg,人类终身患癌风险将≤10-5。对于具有阈值证据的致突变杂质,由于该类杂质与DNA 作用前可能会被迅速脱毒或者其造成的DNA 损伤可被机体有效修复,杂质的PDE 计算应根据无可见作用剂量(NOEL)和不确定因子(UF)计算,公式为:


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F1:种间差异系数;F2:个体间变异;F3:短期接触急毒研究可变系数;F4:严重毒性情况系数;F5:只能观察到反应最低量时。


  以乙腈为例计算PDE,


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  注:NOEL:50.7 mg·kg-1·d-1;人体质量以50 kg计;F1:12(小鼠剂量推至人剂量的系数);F2:10(不同人体的差异);F3:5(研究时间为13 周);F4:1(未发现严重毒性); F5:1(已测得不能观察到反应的量)。


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  非终身暴露遗传毒性杂质PDE 计算是根据暴露时间进行分摊终身暴露下累积剂量,其调整剂量见表6(根据ICH M7,step 2)。公式为:


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  基于TTC 值的PDE 适用于单个遗传毒性杂质,当含有多个遗传毒性杂质时,总的遗传毒性杂质除了满足TTC 限度外还应该符合表7 限度规定。


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  2.3 第3 阶段,将识别后的杂质进行分类,建立控制策略

  将遗传毒性杂质按5 分类系统进行分类,并说明分类的合理性(给出文献或计算机构效评价结果及可能的警示结构),在此基础上建立杂质控制策略,见表8。


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  现行的EMA 和U.S.FDA 关于遗传毒性杂质控制的指南为遗传毒性杂质的控制提供一个初步的框架,尽管在某些方面存在不确定性和分歧,比如未解决多个遗传毒性杂质评估以及对遗传毒性试验矛盾结果如何解释等。基于现行指南制定的ICH M7 将弥补这些分歧,并对遗传毒性的识别、鉴定和控制提供可行的框架。我国制药企业应及早了解和执行药品的国际标准和准则,这是获得国际药品认证的前提。我国目前的药品安全性有关规范和标准与 ICH 的规范尚有一定差距,有待加快补充与完善,以提高我国药品质量,促进优良药品进入国际市场。


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