基因毒性杂质及其警示结构
【医药】如何控制基因毒性杂质
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。
药物中基因毒性杂质分析方法的研究
药物中基因毒性杂质分析方法的研究2山东辰龙药业有限公司 272300摘要：遗传性的毒素会破坏DNA，使其具有致癌性，具有很大的危险性。
因为它的结构性较强，所以在服用药物时，会有吸收此类杂质的危险。
在一些国家，对有毒物质的限制已成为一种主要的药品进入市场。
本文介绍了遗传毒性杂质的基本概念、相关标准、部分杂质的检测限度，为检测基因毒性杂质提供了理论基础，保证了患者的使用安全。
关键词：药物；基因毒性；杂质检测方法引言药品的安全，并不是由其本身的毒性决定的，而是由其含有的杂质决定的。
有机杂质可引起遗传变异、染色体断裂、重组等。
因其来源广泛、有毒，已严重危害人类健康。
现有的方法已不能满足对微量基因毒性物质的检测需求，因此，如何对其进行高效的分析具有重要的现实意义。
本文介绍了近年来在检测方法、检测极限等方面的研究进展。
为药品中的基因毒性物质的检测与控制提供了基础和基础，确保了用药的安全性。
一基因毒性杂质研究现状1.1基因毒性杂质来源基因毒性杂质是一种常见的药物。
原料、中间体、副产物、助剂、残留剂、贮存不当等都会引起基因毒性。
目前，基因毒性杂质普遍存在，对人体健康构成极大威胁。
因此，要对其进行严格的科学检验，并对其进行定量检测。
Duane和Ambavaram提出，利用评估决策树来决定生产中含有或预期的有害物质的生产工艺。
Duane介绍了在加工过程中，如何使用评价决策树对遗传毒素的影响，从而为制药企业在生产过程中，不能识别出有毒物质的来源，提供了一个明确的思路。
1.2法规对基因毒性杂质的要求以及国内外药典规定现状为避免遗传毒素对患者的伤害，全球的监管机构一直在更新和改进遗传毒素。
美国食品及药物管理局和欧洲食品药品监督管理局的指南均推荐采用与“毒理学关注阈值”相关的限制标准，以控制基因毒性杂质进入制药公司。
TTC是指确定可被接受的化学物质的摄入量。
如果终生服药，TTC估算出每天可吸收的基因毒性杂质不能超过1.5μg。
基因毒性杂质的评估与控制
◆ ICH S9中所定义的晚期癌症用原料药和制剂 ◆ 已上市药物中使用的辅料、调味剂、着色剂和香料 ◆ 药物包材中的可浸出杂质
精品课件
四、ICH M7（上市产品应考虑的问题）
上市后变更——原料药研发、生产、控制
◆范围：包括合成路线、试剂、溶剂、工艺条件发 生变更时，诱变性杂质对潜在风险影响的评估
制剂新上市申报：1）原料药合成变更，导致产生新杂质或已有杂质可接受标准增加； 2）配方变更、组分变更或生产工艺变更，导致产生新的降解产物或已有降解产物可接 受标准增加；3）指征变更或给药方案变更，导致可接受癌症风险水平受到重大影响
◆ 药物合成中首次使用的辅料
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；放射药物；
Leadscope
MultiCASE
NTP PAN Pharma Pendium RTECS ToxNet /ChemID Plus TRACE from BIBRA VITIC from Lhasa Limited
特点 公开，毒性物质及疾病登记，包括危害性评价的毒理学研究资料 公开，包括化学致癌物、结构及试验数据，1985—2011 阶段研究 公开，1980—2011，致癌性数据库 公开，可按结构查询的毒性数据库，包括来自CPDB， ISSCAN 等数据库的信息 公开，欧洲化学品信息 商用，包括Gene-Tox 和CCRIS 公开，美国环保局公布、经专家审评过的3 000 种化学物质的致突变性研究结果 公开，美国国立癌症研究所 公开，国际化学品安全性项目总结 公开，美国环保署用以人群健康风险评价，着重在危害确认及剂量反应关系评价 公开，化学致癌物，包括结构及试验数据 公开，日本现有化学品数据库，包括高生产容量化学品( High production volume chemicals)
基因毒性杂质及其警示结构
基因毒性杂质及其警示结构
据研究，化合物具有基因毒性的原因可能是因为其能够与DNA结合并导致DNA损伤，从而引起基因突变和细胞死亡。
此外，一些化合物也可能会干扰细胞的DNA修复机制，从而进一步加剧其基因毒性。
在药品生产过程中，如何控制基因毒性杂质的含量？
为了控制基因毒性杂质的含量，药品生产企业需要采取一系列措施，包括选择合适的原料和反应条件、对反应过程进行严格监控、采用有效的分离和纯化技术、以及对最终产品进行全面的质量控制等。
此外，药品生产企业还需要对基因毒性杂质进行全面的风险评估，并制定相应的控制策略，以确保药品的安全性和有效性。
最后，基因毒性杂质的控制不仅是药品生产企业的责任，也需要相关监管机构的支持和监督。
只有通过全社会的共同努力，才能保障药品的安全性和有效性，为人民群众的健康保驾护航。
___夫妇在19世纪70年代对化合物致癌机理进行了深入研究，并提出了“亲电理论”。
该理论指出，构成DNA的四个碱基中存在许多亲核位点，如嘧啶环和嘌呤上的N和O等，这些位点可以与亲电试剂反应，从而引起基因突变，是诱发癌症的重要原因。
___在19世纪80年代提出了致癌性的警示结构（SAs）的概念，这些结构含有的化合物与DNA发生作用的可能性较高，可能诱发癌症。
___的相关机构在2009年的报告中收录了三十余种基因毒性警示结构，这些结构的具体信息也在报告中列举了出来。
基因毒性杂质培训 PPT课件
对甲苯磺酸季戊酯（布洛芬）： 苯：溶剂石油醚可能含有苯
右旋布洛芬中可能含有的基因毒性杂质
右旋布洛芬中合成路线
甲苯中要控制苯！
布洛芬赖氨酸中可能含有的基因毒性杂质
布洛芬赖氨酸合成工艺
=
布洛芬赖氨酸水杨醛的限度问题
台湾2016年9月缺陷信及回复：
氟马西尼合成工艺
氟马西尼中N,N-二甲苯胺基因毒性
盐酸格拉司琼中可能含有的基因毒性杂质
Granisetron起始原料1-甲基吲唑-3-羧酸 中可能含有的基因毒性杂质
Granisetron起始原料氮杂壬胺可能含有的基因毒性杂质
盐酸格拉司琼中可能含有的基因毒性杂质
盐酸格拉司琼欧洲药品质量管理局(EDQM) 缺陷信
磷酸氟达拉滨中可能含有的基因毒性杂质
Fludarabine起始原料合成工艺
磷酸氟达拉滨合成工艺
氯苄
氯苄的毒性资料
The Carcinogenic Potency Database (CPDB)致癌物数据库公布的1547种致癌物质中有氯苄：
托拉塞米中可能含有的基因毒性杂质
托拉塞米起始原料合成工艺
O
O NH2 A Carbamates 氨基甲酸类
AA NN
AR Hydrazines and azo Compounds 肼和偶氮化合物
EWG
Michale-reactive Acceptors 迈克尔加成反应受体
O P
OR
O S
OR
Alkyl Esetrs of Phosphonates or Sulfonates 膦酸酯或者磺酸酯
D-（+）-樟脑磺酸乙酯
基因毒性杂质(genotoxic
TTC用于计算未做研究的化学物质的接触量，这些 化学物质不会有明显的致癌性或者其他毒性。
ConcentrationLimit ( ppm) TTC (ug / day) dose(g / day)
TTC理论不可以应用于那些毒性数据（长期研究） 充分的致癌物质，也不可以做高风险毒性物质的风 险评价。
TTC是一个风险管理工具，它使用的是概率方法。所以 TTC不能被理解为绝对无风险的保障。
TTC
意思是：假如有一个基因毒性杂质，并且我们对 它的毒性大小不了解，如果它的每日摄入量低于 TTC值，那么，该基因毒性杂质的致癌风险将不 会高于100000分之一的概率。
某些特定情况，TTC值高于1.5μg/day也是可以 接受的。比如药物的短期接触，即治疗某些声明 预期在5年以下的某些严重疾病，或者这种杂质是 一种已知物质，人类在其他方式上对它的摄入量 会更高（比如在食品上）。这个需要根据实际情 况再进行推算。
应该有合理的分析方法去检测和量化这些杂质的 残留量。
毒理学研究
为一个不存在阀值的基因毒性致癌物定义一个安 全的摄入量水平（零风险观点）是不可能的，并 且从活性药物成分中完全的除去基因毒性杂质经 常是很难做到。这样就要求我们建立一个可接受 的风险水平，例如对一个低于可忽略风险的每日 摄入量进行评价。
判断是否为基因毒性杂质
通过Carcinogenic potency database (CPDB) 数据库查询，数据库中现有1574种致癌物质的列 表。链接 /chemnamein dex.html ，还可查询到关于基因毒性方面研究 的出版物。
基因毒性杂质卤代烃的风险评估
有数据表明氯乙烷、氯甲烷为基因毒性杂质，因 此有理由怀疑其他低分子卤代烃类也有类似的作 用。在生产中应该对其进行相应的控制。
基因毒性杂质(genotoxic
风险：（体内）基因毒性物质在任何摄入量水平上对DNA 新当药被合 磺成酸、酯原或料相纯关化物、质储所存污运染输了（的与磺包酸装作物为接起触始）物等料过用程于都药可物能活产性生成基分因时毒，性是杂否质能保证药物活性成分中潜在基因毒性杂质不超过其 都有潜在的破坏性，这种破坏可能导致肿瘤的产生。但不 TTC值？应当要考虑各种烷基或芳基取代磺酸酯杂质的累加风险。
氨基糖甙类抗生素：大剂量、长期使用会引起耳毒性；
尽管无数据表明这些酯对人的毒性影响，然后依然有上述基因毒性物质以杂质的形式存在于含磺酸酯类药物活性成分的药品中的潜在
风2如-险在[[(。 药2物-氰活1基性因联、成苯分毒基P生)G-产性4的-L基最的]s甲后基一杂(]步p氧合质基o成-t3步)e-硝骤n基用t苯到i甲了a酸磺l乙酸ly酯衍生g物e，n应将o其t纳o入x风i险c分i析m。 purities有潜在基
用药时间与毒性杂质限度
含有多个基因毒性杂质的评估
EMA： 结构不同的，单个杂质的限度应小于1.5ug/day. 结构相似的，总的基因杂质限度定为1.5ug/day.
FDA（和EMA类似）： 单个杂质造成的癌症风险机率应该小于100000分 之一； 有相同作用机制的结构相似的杂质，其含量总和 应该参考TTC值进行评估。
1、PGLs (potentially genotoxic impurities有潜在基因毒性的杂质)
azoxy(氧化能偶氮说基) “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”。 基因毒性杂质磺酸盐的风险评估
有相同作用机制的结构相似的杂质，其含量总和应该参考TTC值进行评估。 如果无structural alert是否可足够说明该杂质不存在基因毒性？
基因毒性杂质介绍及检测方法
基因毒性杂质介绍及检测⽅法1什么是基因毒性杂质基因毒性杂质（或遗传毒性杂质，Genotoxic Impurity ，GTI）是指化合物本⾝直接或间接损伤细胞DNA，产⽣基因突变或体内诱变，具有致癌可能或者倾向。
潜在基因毒性的杂质（Potential Genotoxic Impurity ，PGI）从结构上看类似基因毒性杂质，有警⽰性，但未经实验证明的黄曲霉素类、亚硝胺化合物、甲基磺酸酯等化合物均为常见的基因毒性杂质，许多化疗药物也具有⼀定的基因毒性，它们的不良反应是由化疗药物对正常细胞的基因毒性所致，如顺铂、卡铂、氟尿嘧啶等。
2为何着重研究基因毒性杂质基因毒性物质特点是在很低浓度时即可造成⼈体遗传物质的损伤，进⽽导致基因突变并可能促使肿瘤发⽣。
因其毒性较强，对⽤药的安全性产⽣了强烈的威胁，近年来也越来越多的出现因为在已上市药品中发现痕量的基因毒性杂质残留⽽发⽣⼤范围的医疗事故，被FDA强⾏召回的案例，给药⼚造成了巨⼤的经济损失。
例如某知名国际制药巨头在欧洲市场推出的HIV蛋⽩酶抑制剂维拉赛特锭（Viracept， mesylate)，2007 年7⽉，EMA暂停了它在欧洲的所有市场活动，因为在其产品中发现甲基磺酸⼄酯超标，甲基磺酸⼄酯是⼀种经典的基因毒性杂质，该企业为此付出了巨⼤的代价，先内部调查残留超标的原因，因在仪器设备清洗时⼄醇未被完全清除⽽残留下来，与甲基磺酸反应形成甲基磺酸⼄酯。
在被要求解决污染问题后还被要求做毒性研究，以更好的评估对患者的风险。
同时有多达25000 名患者暴露于这个已知的遗传毒性。
直到解决了这所有问题后 EMA才恢复了它在欧洲的市场授权。
近年来各国的法规机构如ICH、FDA、EMA等都对基因毒性杂质有了更明确的要求，越来越多的药企在新药研发过程中就着重关注基因毒性杂质的控制和检测。
3哪些化合物是基因毒性杂质杂质的结构多种多样，对于绝⼤多数的杂质⽽⾔，往往没有充分的毒性或致癌研究数据，因⽽难以对其进⾏归类。
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基因毒性杂质及其警示结构
古语有云：“是药三分毒”。
这句话不管在传统中药还是现代化学药都是基本成立的。
对于化学药来说，在活性药物成分（API）的生产过程中，一些起始物料、中间体、试剂和反应副产物不可避免地作为杂质存在于最终产品中，因此一种药物的安全性不仅决定于它本身的毒性情况，也决定于它所含有的杂质的毒性情况。
根据国际人用药品注册技术要求协调会（ICH）指南，原料药杂质可分为有机杂质（有关物质）、无机杂质及残留溶剂三个主要类别。
而大部分基因毒性（或称为遗传毒性）杂质（Genotoxic Impurities, GTIs）就属于一类特殊的有关物质。
近些年发生过多起由于基因毒性杂质残留而导致的药品召回事件，为确保用药安全，各国及地区的相关组织如欧洲药品管理局（EMA）、美国食品药品管理局（FDA）、国际人用药品注册技术要求协调会（ICH）等相继发布杂质控制的相关规程及指导原则。
2017年6月，原国家食品药品监督管理总局（CFDA）加入ICH，这意味着我国在药品安全方面正式向国际接轨；2019年1月，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”，其中就包含有“遗传毒性杂质控制指导原则审核稿（新增）”。
因此对国内药企来说，不管是面对国内市场还是走出国门，对基因毒性杂质的控制都是绕不过的坎。
什么是基因毒性杂质？
根据《中国药典》的相关文件定义，基因毒性杂质是指能引起基因毒性的杂质，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；而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。
而潜在基因毒性杂质（Potential Genotoxic Impurities，PGIs）是指其结构中含有与基因毒性杂质反应活性相似的化学结构，即警示结构（Structural alerts, SAs），通常也作为基因毒性杂质来评估。
化合物为何具有基因毒性？
Miller夫妇（James A. Miller 和Elizabeth C. Miller）对化合物致癌机理做了深入的研究，在19世纪70年代他们提出了著名的化合物致癌的“亲电理论”。
在构成DNA的四个碱基（A，T，G，C）中，有很多的亲核位点，比如嘧啶环和嘌呤上的N和O等，这些位点可以与亲电试剂（如烷基化试剂、酰基化试剂等）反应而产生不可逆的变化，从而引起基因突变，而基因突变是诱发癌症的重要原因。
基因毒性警示结构有哪些？
在Miller夫妇提出“亲电理论”后，John Ashby在19世纪80年代提出了致癌性的警示结构（Structural alerts，SAs）的概念，含有这些结构的化合物就存在与DNA 发生作用的可能，进而可能诱发癌症。
2009年，欧盟的相关机构的报告中收录了三十余种基因毒性警示结构，具体如下：
在这个报告中，也列举了一些含有这些警示结构的化合物等详细信息
总结：本文简单阐述了基因毒性杂质的概念及其作用机理，展示了一些主要的基因毒性警示结构。
需要注意的是，含有这些警示结构的化合物不一定具有基因毒性，同时确定具有基因毒性也不一定会产生致癌作用。
这些警示结构的意义
在于能够提示化合物可能存在的安全风险，为进一步的杂质安全性评价与控制指明方向。
参考文献
1. 国家药典委员会：遗传毒性杂质控制指导原则审核稿（新增）.
2. R. Benigni , C. Bossa. Mechaisms of chemical carcinogenicity and mutagenicity: a review with implications for predictive toxicology. Chem. Rev., 2011, 111, 2507.
3. E. C. Miller, J. A. Miller. Searches for ultimate chemical carcinogens and their reactions with cellular Macromolecules. Cancer, 1981, 47, 2327.
4. E. C. Miller, J. A. Miller. Machanisms of Chemical Carcinogenesis. Cancer, 1981, 47, 105
5.
5. R. Benigni, C. Bossa, O. Tcheremenskaia, A. Worth. Development of structure alerts for the in vivo micronucleus assay in rodents. JRC Scientific and Technical Reports.。