5 遗传毒性杂质

01、何为基因毒性杂质基因毒性杂质（或遗传毒性杂质，Genotoxic Impurity，GTI）是指能直接或间接损害DNA，引起DNA突变、染色体断裂、DNA重组及DNA 复制过程中共价键结合或插入，导致基因突变或癌症的物质（如卤代烷烃、烷基磺酸酯类等）。

潜在基因毒性杂质（Potential Genotoxic Impurity ，PGI）结构中含有与基因毒性杂质反应活性相似的基团（如肼类、环氧化合物、N-亚硝胺类等），通常也作为基因毒性杂质来评估。

基因毒性杂质主要来源于原料药合成过程中的起始物料、中间体、试剂和反应副产物。

此外，药物在合成、储存或者制剂过程中也可能会降解产生基因毒性杂质。

除此之外，有些药物通过激活正常细胞而产生基因毒性物质导致突变，如化疗药物顺铂等。

02、何为基因毒性杂质“警示结构”由于杂质结构的多样性，一般很难进行归类，因此，在缺乏安全性数据支持的情况下，法规和指导原则采用“警示结构”用来区分普通杂质和基因毒性杂质。

所谓“警示结构”，是指杂质中的特殊基团可能与遗传物质发生化学反应，诱导基因突变或者染色体断裂，因此具有潜在的致癌风险。

对于含有警示结构的杂质，应当进行（Q）SAR预测和体内外遗传毒性和致癌性研究，或者将杂质水平控制在毒理学关注阈值（TTC）之下。

但是含有警示结构并不能说明该杂质一定具有遗传毒性，而确认有遗传毒性的物质也不一定会产生致癌作用。

杂质自身性质和结构特点会对其毒性产生抑制或调节作用。

警示结构的重要性在于它提示了可能存在的遗传毒性和致癌性，为进一步的杂质安全性评价与控制指明方向。

（关于基因毒杂质警示结构的详细信息可参考欧盟发布的警示结构《Development ofstructure alerts for the in vivo micronucleus assay in rodents》）。

03、基因毒性杂质严格控制的必要性基因毒性杂质最主要的特点是在极低浓度时即可造成人体遗传物质的损伤，导致基因突变并促使肿瘤发生。

什么是基因毒性杂质对于基因毒性杂质的定义主要是指：在以DNA 反应物质为主要研究对象的体内/ 体外试验中，如果发现它们对DNA 有潜在的破坏性，那可称之为基因毒性。

对没有进行体内实验的情况下，也可以根据关联系做一些相关的体外实验去评估该物质在体内的毒性。

如果没有关联评估的，体外基因毒性物质经常被考虑为假定的体内诱变剂和致癌剂。

GUIDELINE ON THE LIMITS OF GENOTOXIC IMPURITIES （ EMEA/CHMP/QWP/251344/2006 ）基因毒性杂质的风险按照目前的法规来说，（体内）基因毒性物质在任何摄入量水平上对DNA 都有潜在的破坏性，这种破坏可能导致肿瘤的产生。

因此，对于基因毒性致癌物，不能说“不存在明显的阀值，或是任何的摄入水平都具有致癌的风险”。

可接受风险的摄入量对于那些可以与DNA 进行反应的化合物，由于在较低的剂量时机体保护机制可以有效的运行，按照摄入量由高到低所造成的影响进行线性推断是很困难的。

目前，对于一个给定诱变剂，我们很难从实验方面证明它的基因毒性存在一个阀值。

特别是对某些化合物，它们可以与非DNA 靶点进行反应，或一些潜在的突变剂，在与关键靶位结合之前就迅速失去了毒性。

由于缺乏支持基因毒性阀值存在的有力证据，而使得我们很难界定一个安全的服用量。

所以有必要采取一个新观点：确定一个可接受其风险的摄入量。

可接受其风险的摄入量即毒理学阈值一般通用的被定义为Threshold of Toxicological Concern （TTC）。

具体含义为：一个“ 1.5ug/day ”的TTC 值，即相当于每天摄入1.5ug 的基因毒性杂质，被认为对于大多数药品来说是可以接受的风险（一生中致癌的风险小于100000 分之1 ）。

按照这个阀值，可以根据预期的每日摄入量计算出活性药物中可接受的杂质水平。

在特定的条件下一些基因毒性杂质也可以有较高的阈值。

药物遗传毒性杂质研究思路2014年ICH M7的正式发布，标志ICH成员国对遗传毒性杂质的评估和控制初步达成共识。

ICH M7为遗传毒性杂质的鉴别、分类、定性和控制提供了实用框架。

本文主要从遗传毒性杂质的识别和判定、遗传毒性杂质分类、遗传毒性杂质限度控制方法及遗传毒性杂质控制策略四个方面介绍药品中遗传毒性杂质的研究思路。

遗传毒性杂质的识别和判定1警示结构单元是遗传毒性杂质识别的起点。

所谓警示结构单元是指一些具有与遗传物质发生化学反应能力的特殊结构单元，会诱导基因突变或者导致染色体重排或断裂，从而具有潜在的致癌风险。

具有警示结构单元，但并未经实验测试模型验证的杂质叫做潜在遗传毒性杂质。

EMA、FDA、ICH相关指导原则中将警示结构作为区分普通杂质和潜在遗传毒性杂质的主要标志。

细菌突变性试验是遗传毒性杂质判定的标准。

如果一个杂质具有“警示结构”,且该杂质的细菌突变试验（Ames试验）结果为阳性时，可以得出结论：该化合物具有致突变性，为遗传毒性杂质。

若Ames试验结果为阴性时，可以得出结论：该杂质不具有致突变性，不属于关注的遗传毒性杂质。

遗传毒性杂质分类2一般情况下，遗传毒性杂质具备警示结构单元、诱变性、致癌性三大特征，ICH M7根据诱变性和致癌性及其控制策略将杂质分为五类。

第一类：已知具有诱变致癌性，一般此类杂质研究较透彻，具有已知的杂质可接受限度，拟定控制标准不高于可接受限度；第二类：具有诱变性，但致癌效应未知，此类杂质控制不高于适当的可接受限度；第三类：具有警示结构，无诱变性数据，此类杂质可控制不超过可接受限度，或通过Ames试验检测细菌诱变性，若细菌诱变性结果为阳性则按照第二类控制，若为阴性，则按照普通杂质控制；第四类：具有警示结构，但无诱变性，按照普通杂质控制；第五类：无警示结构，按照普通杂质控制(具体见表1)本段所提到的“可接受限度”将在杂质限度控制方法部分详细阐述。

表1遗传毒性杂质的分类和控制方法遗传毒性杂质限度控制方法3遗传毒性杂质的限度控制方法主要包括以下5种:PDE法、TTC法、LTL法、含有多个遗传毒性杂质的限度控制方法及遗传毒性杂质的限度控制的特例。

遗传毒性杂质在医药工业中的来源与控制路径摘要：制药企业生产出的药品如果存在遗传毒性杂质，使得药品带有可遗传的毒性，会对人类健康造成严重威胁。

近年来，药品中遗传毒性杂质问题已成为了药品监管机构重点关注的问题之一。

本文将简要概括遗传毒性杂质的属性和含义，详细分析遗传毒性杂质的具体来源，并在最后提出如何控制生产药品中遗传毒性杂质的具体途径。

关键词：遗传毒性杂质；医药工业；来源；控制路径在制药环节中，很多药品通过合成或者天然产物结构修饰制成。

相关制药企业为了在复杂的合成过程中尽可能提高生产效率，而使用大剂量的化学试剂。

这种化学试剂过量会使反应继续发生，进而发生副反应，产生副产物最后仍然储存在药品中售卖。

这样的药品中含有大量不明杂质，可能会影响人类的身体健康。

药品监管局了解到这一问题后，开始聚焦遗传毒性杂质在药品中的含量这一指标，这一问题也成了各位专家的研究重点。

一、遗传毒性杂质的属性和含义首先，我们要明确遗传毒性是指物理或化学的某些因素与生物体内的DNA等遗传物质相结合，进而发生作用并最终表现为毒性。

遗传物质进入人体后，会刺激和加快基因突变或者使人体细胞发生癌变，会对人体健康造成不利影响。

因此，遗传毒性杂质本身具有致突变性和致癌性两种基本属性，容易使得生物体发生基因突变或者发生致癌现象，这种突发性大多情况下是无法及时反应或者预测的。

二、遗传毒性杂质的来源遗传毒性杂质主要来源于药品生产过程中。

药品生产过程涉及到的原料或产物有很多，都从属于化学试剂。

例如反应物、催化剂、副产物等等。

根据研究，遗传毒性杂质的遗传毒性机制是嘧啶和嘌呤碱的N原子、O原子以及磷酸二甲酯骨架，在特殊情况下进入DNA找到碱基的亲核中心，破坏连接的键，进而使得整条DNA双链断裂。

遗传毒性杂质的常见来源包括试剂、副反应的生成物和有机溶剂三种方式。

（一）试剂含有遗传毒性杂质的试剂包括硼酸、芳香胺类、烷基卤化物、环氧乙烷、肼试剂、氮氧化物等。

环氧乙烷自身带有环，而DNA中心受到环的张力会与该物质发生亲核反应，进而产生大量遗传毒性杂质。

发布日期 20070820栏目化药药物评价>>化药质量控制标题EMEA《遗传毒性杂质限度指导原则》介绍作者史继峰部门正文内容审评四部审评七室史继峰摘要：《遗传毒性杂质限度指导原则》对遗传毒性杂质进行了分类，并介绍了相关的遗传毒性杂质限度确定的原则和方法。

关键词：遗传毒性杂质毒理学担忧阈值（TTC）1. 介绍在原料药（Q3A）和药物制剂（Q3B）的杂质指导原则中，杂质限度确定的依据包括各个杂质的生物安全性数据或杂质在某特定含量水平的研究概况。

而对于遗传毒性杂质限度的确定，通常都认为是特别关键的问题，但目前尚无相关的指导原则。

2. 适用范围本指导原则阐述了如何处理新原料药中遗传毒性杂质的一般框架和实际方法。

该指导原则也适用于已有原料药的新申请，如果其合成路线、过程控制和杂质研究尚无法确保不会产生新的或更高含量的遗传毒性杂质（与EU目前批准的相同原料药相比）。

该指导原则同样适用于已上市原料药有关合成方面的补充申请。

除非有特殊原因，本指导原则不适用于已上市的产品。

3. 毒理学背景根据目前的研究实践，具有（体内）遗传毒性的化合物在任何暴露量下都有可能对DNA产生损伤，而这种损伤可能会引发肿瘤。

因此，对于遗传毒性致癌物质，应谨慎认为不存在明确的阈值，任何暴露量下都存在风险。

然而，对于一些遗传毒性事件，其产生生物学意义的阈值效应的机理正越来越为人所了解。

对于非DNA靶点的化合物和潜在致突变剂更是如此，因为它们在与关键靶点接触前就已经去毒化了。

对于这些化合物，研究的基础可以是确定关键的未观察到影响的剂量（NOEL）和采用不确定因子。

即使对能与DNA分子发生反应的化合物，由于低剂量时有多种有效的保护机制存在，而不能将高剂量下的影响以线性方式外推到很低的（人）暴露水平。

不过，目前要用实验方法证明某诱变剂的遗传毒性阈值仍然非常困难。

所以，在缺乏恰当的证据支持遗传毒性阈值存在的情况下，确定安全剂量很困难，因此非常有必要采用一个可接受风险的暴露水平概念。

EMEA人用药品委员会(CHMP)《遗传毒性杂质限度指导原则》原文：European Medicines Agency: Guideline on the Limits of Genotoxic Impurities.CPMP/SWP/5199/02。

EMEA/CHMP/QWP/251344/2006。

London, 28 June 2006摘要遗传毒性杂质的毒理学评估和原料药中此类杂质的可接受限度确定是一个难题，现有ICHQ3X指南中未充分说明。

常用遗传毒性杂质数据库差异很大，而数据库是决定可接受限度评估所用方法的主要因素。

当运用已建立的风险评估方法所需资料缺乏时，包括致癌性长期试验资料或提供遗传毒性阈值机制证据的资料等，建议采用毒理学担忧阈值(TTC)所定义的普遍适用方法。

对大部分药物，遗传毒性杂质摄入量为1.5µg/天的TTC值时，认为相关的风险可接受(终身癌症风险<1/100000)。

根据该阈值，原料药中遗传毒性允许水平可根据预计每日剂量计算得到。

短期给药等特定情况下可能有理由提高限度。

1.介绍在原料药（Q3A，新原料药中的杂质）和药物制剂（Q3B，新药物制剂中的杂质）的指导原则中描述了杂质限度确定的一般概念，将限度确定定义为获得和评价特定水平下单个杂质或特定杂质谱的生物学安全性资料。

对于有潜在遗传毒性的杂质，确定可接受剂量水平通常被认为是特别重要的问题，尚未被现有专门指导原则涵盖。

2. 适用范围本指导原则阐述了如何处理新原料药中遗传毒性杂质的一般框架和实践方法。

该指导原则也适用于已有原料药的新申请，如果其合成路线、过程控制和杂质研究尚无法确保不会产生新的或更高含量的遗传毒性杂质（与EU目前批准的相同原料药相比）。

该指导原则同样适用于已上市原料药有关合成方面的变更申请。

不过，除非有特殊原因，本指导原则不适用于已批准药品。

本文中，将化合物(杂质)归类为遗传毒性物质，一般指在主要着重于检测有直接损伤DNA潜力的DNA反应物质的既定体外或体内遗传毒性试验中有阳性结果。

药品杂质遗传毒性评价的概述张玉英1,2，李薇1，潘卫松31.广州市药品检验所，广东省药监局缓控释制剂质量分析重点实验室，广东 广州 510160；2.暨南大学药学院，广东 广州 510632；3.武汉药品医疗器械检验所，湖北 武汉 430074［摘要］本文综述了近年来国内外药品杂质遗传毒性评价的进展。

药品遗传毒性评价的结果直接关系到药品杂质限度的制定，各种杂质的遗传毒性评价方法的研究进展迅猛，在现阶段条件下，使用计算机预测药品杂质的遗传毒性；探索以γH2AX为代表的生物标志物检测替代传统的体内外遗传毒性检测体系；并使用斑马鱼模式动物对其遗传毒性进行验证是行之有效的杂质遗传毒性评价策略。

建立从计算机预测（in silico）、体外生物标志物（in vitro）到体内验证（in vivo）的药品杂质遗传毒性评价平台，有助于建立科学的杂质控制标准，提高药品质量的科学性，药品杂质遗传毒性评价水平的提升对于建设药品关键质量属性评价平台水平意义重大。

［关键词］药品杂质；γH2AX；遗传毒性；安全性评价；综述DOI: 10.19939/ki.1672-2809.2021.04.04Review on the Evaluation of Genotoxcity for Drug ImpuritiesZHANG Yuying1,2, LI Wei1, PAN Weisong31. Guangzhou Institute for Drug Control, GDMPA Key Laboratory for Quality Analysis of Sustained and Controlled Release Preparations, Guangzhou Guangdong 510160, China;2. College of Pharmacy Jinan University, Guangzhou Guangdong 510632, China;3. Wuhan Institute for Medical Products Control, Wuhan Hubei 430074, China.[Abstract] This article reviews the progress in the evaluation of genetic toxicity of pharmaceutical impurities in recent years.·综述·基金项目：广东省药品监督管理局科研项目（2020ZDB06）作者简介：张玉英，主任药师。

重磅！《中国药典》遗传毒性杂质控制指导原则审核稿发布（附原文）近日国家药典委员会官网发布了：关于《中国药典》2020年版四部通则增修订内容（第四批）的公示，其中包括“遗传毒性杂质控制指导原则审核稿”按照《中国药典》2020年版编制大纲有关要求，我委组织开展了2020年版《中国药典》四部通则的增修订工作。

在广泛征求意见及我委组织的相关科研课题研究结果基础上，完成了四部相关通则的起草工作，并经第十一届药典委员会相关专业委员会审议，形成了征求意见稿（第四批）（详见附件1），为进一步完善药典通则内容，现在我委网站公开征求意见，公示期三个月。

请相关单位认真研核，将相关意见、修改建议及具体说明反馈我委（见附件2）。

来函需注明收文单位“国家药典委员会”，加盖本单位公章，并标明联系人和联系电话；同时发送来函word版到联系邮箱，邮件标题请注明“通则反馈+单位”。

通讯地址：北京市东城区法华南里11号楼国家药典委员会办公室（收文）邮编：100061传真：************E-mail:*************.cn联系人及联系方式微生物及生物检定：许华玉（电话：************）附件1： 1421-灭菌法.pdf9301注射剂安全性检查法应用指导原则.pdf细菌内毒素检查法应用指导原则（新增）.pdf遗传毒性杂质控制指导原则审核稿（新增）.pdf附件2：反馈意见单.doc国家药典委员会2019年01月23日遗传毒性杂质控制指导原则（第一次征求意见稿）遗传毒性杂质控制指导原则用于指导药物遗传毒性杂质的危害评估、分类、定性和限值制定，以控制药物中遗传毒性杂质潜在的致癌风险。

为药品标准制修订，上市药品安全性再评价提供参考。

一、总则遗传毒性（Genotoxcity）是指遗传物质中任何有害变化引起的毒性，而不考虑诱发该变化的机制，又称为基因毒性。

遗传毒性杂质（Genotoxic Impurities，GTIs）是指能引起遗传毒性的杂质，包括致突变性杂质和其它类型的无致突变性杂质。

遗传毒性杂质控制指导原则遗传毒性杂质控制指导原则用于指导药物遗传毒性杂质的危害评估、分类、定性和限值制定，以控制药物中遗传毒性杂质潜在的致癌风险。

为药品标准制修订，上市药品安全性再评价提供参考。

一、总则遗传毒性（Genotoxcity）是指遗传物质中任何有害变化引起的毒性，而不考虑诱发该变化的机制，又称为基因毒性。

遗传毒性杂质（Genotoxic Impurities，GTIs）是指能引起遗传毒性的杂质，包括致突变性杂质和其它类型的无致突变性杂质。

其主要来源于原料药的生产过程，如起始原料、反应物、催化剂、试剂、溶剂、中间体、副产物、降解产物等。

致突变性杂质（Mutagenic Impurities）指在较低水平时也有可能直接引起DNA损伤，导致DNA突变，从而可能引发癌症的遗传毒性杂质。

本指导原则主要关注致突变机制的遗传毒性杂质，非致突变机制的遗传毒性杂质在杂质水平的剂量下，一般可忽略其致癌风险。

药品生产、药品标准提高及上市药品再评价过程中发现杂质后，可按本指导原则进行风险评估，确定其是否为遗传毒性杂质，尤其是致突变性杂质。

如果一个杂质被鉴定为具有潜在的致癌风险，应制定相应的限值。

在制订可忽略致癌风险的杂质限值时，应进一步分析生产工艺，兼顾安全性和质量风险管理成本两方面的因素，综合考虑制定合适的限值。

本指导原则包括危害评估方法、可接受摄入量计算方法和限值制定方法。

本指导原则中描述的对杂质潜在致突变性的评估方法不适用于以下类型的原料药和制剂：生物/生物技术制品、肽类、寡核苷酸、放射性药物、发酵产品、中药和动物或植物来源的粗制品。

也不适用于已上市药物中使用的辅料、调味剂、着色剂和香料，以及与药物包材相关的可浸出物。

本指导原则中对杂质潜在致突变性的评估方法不适用于用于晚期癌症适应症的原料药和制剂，以及用于其它适应症但本身在治疗剂量下就具有遗传毒性，且预计可能与癌症风险增加有关的原料药。

在这些情况下，致突变性杂质不会显著增加原料药的致癌风险。

药物合成中需关注的几类遗传毒性杂质在药物开发过程中，遗传毒性和致癌性杂质的研究和控制是一项至关重要的工作。

由于杂质结构的多样性特点，多数杂质的遗传毒性是没有实验数据支持的。

基于大量理论研究和实践经验总结出的“警示结构”，对于杂质的潜在致癌性有一定提示作用，“警示结构”也承担了连接工艺质控、分析检测、毒理学评估的纽带。

(关于杂质的控制策略内容详见：遗传毒性杂质的控制 )所谓遗传毒性杂质的“警示结构”，是指杂质结构中的某些特殊基团或亚单位。

这些特殊的结构单元具有与遗传物质发生化学反应的能力，一旦与遗传物质发生反应，则会诱导基因突变或者导致染色体重排/断裂，因此具有潜在的致癌风险。

Ashby等总结提出了18种警示结构的模型，并将这些结构特征整合到一个“超级致癌物”的虚拟分子结构中，如下图所示：（来源：Mutat Res, 1988, 204 (1): 17）需要注意的是，有警示结构并不意味着该杂质一定具有遗传毒性，而确认有遗传毒性的物质也不一定会产生致癌作用。

警示结构的重要性在于它提示了可能存在的遗传毒性和致癌性，为进一步的杂质安全性评价和控制策略的选择指明方向。

随着新药研发的不断发展和进步，药物活性成分( API) 的结构更加多样性，随之杂质结构也越来越复杂。

Galloway(美国默克研究实验室) 2013年分析了13个主要的跨国大型制药企业108个合成路线中的杂质，共汇总了602 种警示结构，结果见下表：（来源：中国新药杂志，2018, 27, 18, 2098）在药物合成路线中，出现频率最高的警示结构( 超过60%) 包括：烷化剂；芳香胺、胺、酰胺及N-羟胺类化合物; 以及芳香硝基衍生物。

此外，合成路线常见的还有酰氯(acid chloride) 及其衍生物、烷基醛、肼类及亚硼酸(boronic acid) ; 亚硼酸近期被认为是致突变剂，此类物质大多Ames 试验呈弱阳性，且大部分缺少致癌性信息。

药物研发与⽣产中存在的基因毒性杂质种类有哪些基因毒性杂质来源于原料药合成过程中的起始物料、中间体、试剂和反应副产物，也可能是由药物在合成、储存或者制剂过程中的降解产⽣的。

如果药物中的基因毒性杂质分析⽅法及控制不当，可能会导致临床隐患，同时也会影响新药上市的时间。

因为体内基因毒性杂质对DNA具有潜在的破坏性，这种破坏可能会导致肿瘤的产⽣。

当基因毒性化合物，如环氧化物或芳⾹胺作为反应物和试剂参与反应制备原料药时，极有可能给最终的活性药物成分(API)带来基因毒性杂质污染，因此对基因毒性杂质的严格检测、控制和预防在⼯艺化学过程中是必须的。

在药物研发与⽣产中，常见的基因毒性杂质种类有烷基卤化物、磺酸酯、肼类化合物、环氧化合物、四甲基哌啶氧化物、酰卤类化合物、芳⾹胺、硼酸、和⼄酰胺等。

⼼邀⽣物的分析化学和纯化分离团队为客户提供⾼质量的分析和纯化分离服务, 如利⽤HPLC等各种技术分离监管起始原料、中间体、API和药物产品中的杂质。

1、烷基卤化物烷基卤化物也叫做卤代烷烃，是⼀类含有⼀个或者多个卤原⼦的化合物，根据所含卤原⼦的种类，可以分为氟化烷、氯代烷和碘代烷。

卤代烷烃的反应活性很强，能直接与⽣物⼤分⼦如DNAs、RNAs和蛋⽩质发⽣烷化基反应，可能会导致DNA突变。

卤代烷烃在药物合成中⼤量使⽤，结构种类繁多，是基因毒性杂质中最多见的⼀类。

常见的卤代烷烃杂质分析⽅法有⽓相⾊谱法（GC）、HS-GC-ECD法、⽓质联⽤技术（GC-MS）、固相微萃取技术等。

2、磺酸酯磺酸酯根据取代基的不同可以分为烷基磺酸酯和芳基磺酸酯。

与卤代烷烃类似，磺酸酯也是直接与⽣物⼤分⼦如DNAs、RNAs和蛋⽩质发⽣烷化基反应，可能会导致DNA突变。

对于此类基因毒性杂质分析除了需要克服灵敏度、选择性以及样品基质⼲扰等挑战外，磺酸酯的⾼反应活性也为分析⽅法的开发带来了难度。

如采⽤GC法测定挥发性烷基磺酸酯时，磺酸酯会在进样⼝⾼温分解或者样品中的磺酸与醇类溶剂瞬间反应⽣成磺酸酯。