基于鱼血模型研究几种典型人用药物的Read-across假设

The Read-across Hypothesis stipulates that, in the condition of conservation of the drug molecular target, a drug will result in 
a pharmacological effect in non-target organisms only if plasma concentrations are similar to human therapeutic concentrations (HTPCs). If this hypothesis holds true for different classes of human pharmaceuticals, it should be possible to predict the potential environmental 
impact and risk from information obtained during the drug development process. The Fish Plasma Model is a critical tool in the study of the read-across hypothesis in the aquatic environment. Choosing fish as model aquatic organism, human pharmaceuticals with different physicochemical properties and various modes of action (MOA) as model compounds, basing on the free concentration (Cfree) characterized external exposure and fish plasma concentration (FPC) characterized internal exposure, the uptake and pharmacokinetics of human pharmaceuticals in fish is investigated. Then the Fish Plasma Model suitable for the ionizable human pharmaceuticals is established and then validated by the real environmental fish samples (from Taihu). Basing on the developed Fish Plasma Model and real FPC determination, the exposure system can produce FPCs below, equal and above the range of HTPCs; then the MOA based biological effects (endpoints) are investigated in several fish species to validate that the effects only occurs when the FPC>= HTPC, whereas no effects were observed at plasma concentrations below the HTPCs. This research provides direct evidence for the comprehensive validation of the Read-across hypothesis, thus provide theoretical principle and technical support for the aquatic environmental risk assessment of human pharmaceuticals.

Read-across假设约定，在药物的分子靶向目标保守的前提下，当药物在非靶向生物血浆中的浓度与人体治疗血浆浓度（HTPC）相近时，药物将会对非靶向生物产生药理学效应。若不同种类人用药物的Read-across假设成立，将利于从药物开发时的药理学及毒理学数据预测药物对非靶向生物的环境效应和风险。鱼血模型是水环境中Read-across假设研究的关键工具。本研究以鱼为模型生物，选取不同性质、不同作用模式（MOA）的人用药物为模型化合物，以自由溶解态浓度表征外暴露，以实测的鱼血浆浓度（FPC）表征内暴露，考察人用药物在鱼体中的生物吸收及药代动力学，建立适合于可离子化人用药物的鱼血模型，并通过实际环境（太湖）鱼样来验证；基于实测和鱼血模型预测的FPC，研究基于MOA的生物效应，考察生物效应是否仅仅在FPC>=HTPC时发生，以全面研究验证Read-across假设。

鱼血模型是水环境中药物Read-across假设研究的关键工具。但现有鱼血模型尚不完善，主要针对的是疏水性的物质，对可离子化的药物，血液中的生物富集因子P Blood: Water计算公式还有待改进和验证。本研究以鱼为模型生物，选取不同性质、不同作用模式（MOA）的药物为模型化合物，对鱼血模型和Read-across假设进行了系统的研究。主要研究内容及相应的成果如下：（1）以太湖为例，对野生鱼中药物的分布特征进行了研究，特别是血浆中的分布规律。野生鱼中药物的血浆浓度数据为鱼血模型的野外验证提供了丰富的基本数据。（2）利用实验室暴露和野外笼养鱼暴露条件下实际测定的鱼体血浆药物浓度改进鱼血模型，用野生鱼血浆的数据进行验证。对原始鱼血模型的生物富集因子P Blood: Wter的计算公式（log P Blood: Water=0.73×Log KOW -0.88）进行改进。将KOW替换为DOW，同时引入药物的半衰期t1/2，得到了更适合药物的拟合公式（log P Blood: Water =a+ b×log DOW +c×exp(d×t1/2)）。野生鱼对鱼血模型的验证结果显示，用改进后的鱼血模型进行分析，实测鱼血浆的BAF趋势与预测的P Blood: Water相同，改进后的鱼血模型比原始模型对药物适用性更强。（3）基于鱼血模型评价药物的环境风险，并与传统的物种敏感性评价法进行比较。比较两种风险评价法，对于太湖中的药物有5种物质都被列为风险物质，但鱼血模型通过用实际测量的鱼血浆数据和药物的物理化学性质进行改进后，对药物的威胁更敏感，即物种敏感性评价法低估了大部分药物的环境风险，由于基础数据的缺乏，两种风险评价方法可以互为对照和补充。（4）以斑马鱼的行为效应为指示终点，以预测或者实测的鱼血浆浓度(FPC)为内暴露浓度，并结合人用药物的人体治疗血浆浓度（HTPC）数据，研究基于作用模式的生物效应，揭示了鱼经水药物暴露后不同浓度水平的FPC时（大于、接近于或者高于HTPC）产生的生物效应，以全面的研究验证几种常用人用药物的Read-across假设。本研究为人用药物的水环境风险评价提供了理论基础和技术支持。