一文揭開基因毒性雜質的神秘面紗!

內容來源：諾衡生命科技

何為基因毒性雜質

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基因毒性雜質（或遺傳毒性雜質，Genotoxic Impurity，GTI）是指能直接或間接損害DNA，引起DNA突變、染色體斷裂、DNA重組及DNA複製過程中共價鍵結合或插入，導致基因突變或癌症的物質（如滷代烷烴、烷基磺酸酯類等）。潛在基因毒性雜質（Potential Genotoxic Impurity ，PGI）結構中含有與基因毒性雜質反應活性相似的基團（如肼類、環氧化合物、N-亞硝胺類等），通常也作為基因毒性雜質來評估。基因毒性雜質主要來源於原料藥合成過程中的起始物料、中間體、試劑和反應副產物。此外，藥物在合成、儲存或者製劑過程中也可能會降解產生基因毒性雜質。除此之外，有些藥物通過激活正常細胞而產生基因毒性物質導致突變，如化療藥物順鉑等。

何為基因毒性雜質「警示結構」

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由於雜質結構的多樣性，一般很難進行歸類，因此，在缺乏安全性數據支持的情況下，法規和指導原則採用「警示結構」用來區分普通雜質和基因毒性雜質。所謂「警示結構」，是指雜質中的特殊基團可能與遺傳物質發生化學反應，誘導基因突變或者染色體斷裂，因此具有潛在的致癌風險。對於含有警示結構的雜質，應當進行（Q）SAR預測和體內外遺傳毒性和致癌性研究，或者將雜質水平控制在毒理學關注閾值（TTC）之下。但是含有警示結構並不能說明該雜質一定具有遺傳毒性，而確認有遺傳毒性的物質也不一定會產生致癌作用。雜質自身性質和結構特點會對其毒性產生抑制或調節作用。警示結構的重要性在於它提示了可能存在的遺傳毒性和致癌性，為進一步的雜質安全性評價與控制指明方向。（關於基因毒雜質警示結構的詳細信息可參考歐盟發布的警示結構《Development of structure alertsfor the in vivo micronucleus assay in rodents》）。

基因毒性雜質嚴格控制的必要性

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基因毒性雜質最主要的特點是在極低濃度時即可造成人體遺傳物質的損傷，導致基因突變並促使腫瘤發生。因其毒性很強，對藥物的安全性造成強烈的威脅。由於基因毒性雜質控制不合規，已造成上市藥品強行被召回，給企業造成了巨大的損失。例如：奈非那韋（甲磺酸鹽）是一種用於HIV治療的抗病毒藥物，分別於1997年和1998年由FDA和EMA批准後上市。2007年6月，羅氏製藥接到6名患者投訴DNA序列異常後，立即召回產品，EMEA暫停其上市銷售。在後期內部調查時發現原料藥存儲罐中有殘留的乙醇未清除乾淨，與甲基磺酸反應形成甲磺酸乙酯。之後羅氏對存儲罐這一步工藝進行修正並在生產過程中增加對甲磺酸乙酯的控制，要求低於0.5ppm。EMA重新評估檢查後，2007年10月才恢復其上市銷售。因此，在該事件後，各國的法規機構ICH、FDA、EMEA等都對基因毒性雜質有了更明確的要求，越來越多的藥企在新藥研發過程中也重點關注基因毒性雜質的控制和檢測。具體法規要求已在上篇文章（點擊文章標題進行查看：基因毒性雜質面臨國際法規的巨大挑戰）中做了概括總結，本文不再贅述。

常見GTI/PGI

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圖1. 常見GTI/PGI種類

磺酸酯

如合成工藝中使用了磺酸類試劑（如：對-甲苯磺酸、甲磺酸）和低級醇（甲醇、乙醇等），則有可能形成磺酸酯化合物，根據取代基的不同，磺酸酯可分為烷基磺酸酯和芳基磺酸酯。這些物質能與DNA 發生烷基化反應，從而可能成為引發癌症的誘因，尤其是甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯及甲磺酸異丙酯已被證明具有基因毒性，同時其它磺酸酯類也存在潛在基因毒性。

滷代烷烴

滷代烷是在藥物合成過程中經常使用到的烷基化試劑，含有一個或者多個滷原子的化合物，結構種類繁多，可以分為氟代烷、氯代烷、溴代烷和碘代烷，是基因毒性雜質中最為常見的一類。滷代烷烴的反應活性較強，能直接與生物大分子，如DNA、RNA及蛋白質發生烷基化反應，從而導DNA的突變。

醯滷

醯滷類化合物中以醯氯最為常用，是化學合成中重要的醯化試劑。儘管尚無明確的數據證明醯滷類化合物具有基因毒性和致癌性，但是這類化合物含有警示結構基團，是潛在基因毒性雜質，在藥物中需要嚴格的分析與監測。

肼

肼類化合物是已知的基因毒性雜質，具有潛在的致癌性。該類化合物性質活潑，主要通過代謝活化生成碳正離子和碳氧自由基等活性較強的中間體，這些中間體能夠與DNA發生烷基化反應或者導致DNA的其他病變。

疊氮

疊氮類化合物也是常見的基因毒雜質之一，該類化合物能夠抑制細胞色素氧化酶及多種酶的活性，並導致磷酸化及細胞呼吸的異常。疊氮類化合物的主要急性毒作用是能夠引起血管張力極度降低，因此要嚴格控制。

基因毒性雜質基本控制思路

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國外製藥企業為了產品的成功上市，減少基因毒性雜質相關風險，對於基因毒性雜質的控制基本形成了以下思路：

1、對工藝路線中所涉及的基因毒性雜質來源進行評估，分析其合成路線，全面考慮起始物料、試劑、溶劑等可能帶入的基因毒性物質；

2、對評估出來的雜質根據是否存在致癌性或者是否存在警示結構進行分類；

3、確認臨床試驗中短期用藥的每日允許攝入量；

4、根據雜質類型分類，論證藥物基因毒性雜質殘留限度，設定嚴謹或合理的閾值，並使用可靠的分析手段對基因毒性雜質進行針對性的分析檢測。