基于新方法学(NAMs)的化学品重复剂量毒性分类框架研究及其在监管毒理学中的应用

本研究针对化学品安全评估中动物实验的局限性，由欧洲生态毒理学与化学品毒理中心(ECETOC)团队开发了一套基于新方法学(NAMs)的分类框架。通过整合计算机模拟(in silico)、体外生物活性(in vitro)和生理药代动力学(PBK)建模技术，成功将12种化学品按系统毒性分为高(H)、中(M)、低(L)三个关注等级。该研究为欧盟化学品分类标签(CLP)体系提供了非动物测试的替代方案，对推动"化学品2.0"监管改革具有重要意义。

　　

在化学品安全评估领域，传统动物实验正面临伦理和科学性的双重挑战。欧盟CLP法规目前将化学品健康效应分为10大类，这种基于观察性研究的分类体系存在测试周期长、成本高等问题。随着"3R原则"（替代、减少、优化）的推进，开发基于新方法学(New Approach Methodologies, NAMs)的替代方案成为当务之急。欧洲替代方法合作联盟(EPAA)发起的"NAM Designathon 2023"挑战赛，正是要解决这个关键问题：如何在不依赖动物实验的情况下，建立能准确反映化学品系统毒性的分类体系？

欧洲生态毒理学与化学品毒理中心的研究团队接受了这个挑战。他们创新性地将ECETOC分级框架与EPAA提出的毒性动力学(TD)/毒性动力学(TK)矩阵相结合，开发出基于三重证据链的分类系统：计算机模拟预测(in silico)、体外生物利用度与PBK建模、体外生物活性检测。研究选取了12种代表性化学品（包括硝基苯、秋水仙碱等），通过这种整合方法成功将其分为高、中、低三个关注等级，相关成果发表在《Archives of Toxicology》上。

关键技术方法包括：1)采用Derek Nexus等7种计算机模拟工具进行多终点毒性预测；2)利用ToxCast数据库获取体外生物活性数据，建立基于AC₅₀值和效应严重性的分级矩阵；3)通过httk、PK-Sim和GastroPlus三种PBK模型预测14天重复给药后的血浆C_max值；4)采用保守的"排除原则"进行证据权重分析，所有化学品初始默认归为高风险。

研究结果部分：
"计算机模拟评估"显示，7种化学品被判定为高风险，5种为中风险，与体内数据相比呈现保守趋势。例如硝基苯因预测具有肝毒性和溶血性贫血风险被归为高风险，而苯甲酸因缺乏明确毒性结构域仅列为中风险。

"生物活性评估"创新性地采用"效力-严重性"二维矩阵。将AC₅₀值分为高(<0.1μM)、中(0.1-10μM)、低(>10μM)三级，同时根据效应类型划分严重性等级。以4-氯硝基苯为例，其代谢物4-氯苯胺在细胞毒性等 assays 显示中等级活性，但因缺乏关键的高铁血红蛋白形成检测，最终仍被归为高风险。

"生物利用度评估"通过三种PBK模型预测标准剂量(0.1 mmol/kg)下的系统暴露量。苯甲酸因预测C_max>1000μM被列为高生物利用度，而乌本苷因口服生物利用度低(<1%)归为低风险。值得注意的是，模型间存在差异：如2,4,6-三叔丁基苯酚在httk预测为409μM，而PK-Sim仅2.4μM。

"敏感性分析"验证了分类标准的稳健性。将生物活性矩阵从"最小红色"调整为"最大红色"方案后，甲萘威的等级从中风险升至高风险，更符合传统动物实验的结果。这种可调节性证明该框架可根据保护水平需求进行校准。

在讨论部分，作者深刻剖析了当前分类体系的局限性。传统CLP系统将效应分为10类（如致癌性、STOT等），本质上是观察性研究的产物。而NAM分类直接关注毒性机制，提出了更本质的三维度量：致突变性、一般毒性和生殖毒性。研究证明，94%的高关注化学品可通过这三类检测识别，其中一般毒性检测能覆盖非遗传毒性致癌机制。

该研究的创新价值体现在三方面：科学上，建立了首个整合TD/TK的NAM分类框架；方法学上，实现了计算机模拟与体外数据的有机衔接；监管应用上，为欧盟"化学品2.0"改革提供了技术支撑。正如作者强调的，这并非简单替代现有体系，而是构建更科学的分类哲学——从观察现象转向机制认知。未来随着检测体系的完善，这种基于生物活性的分类方法有望成为化学品安全评估的新范式。