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新药非临床安全性评价中啮齿动物致癌试验结果分析要点

来源：花匠小妙招时间：2025-06-14 23:35

新药非临床安全性评价中啮齿动物致癌试验结果分析要点

A retrospective analysis of rodent carcinogenicity test results in the new drug non-clinical safety evaluation

来源

中国新药杂志2018年第27卷第23 期

作者

张素才，谷玲玲，姚大林，孙云霞，孙涛

北京昭衍新药研究中心股份有限公司

昭衍( 苏州) 新药研究中心有限公司

国家药品监督管理局药品审评中

摘要

致癌性研究是药物非临床安全性评价的重要内容，啮齿动物致癌试验的阳性结果在非临床研究中并非罕见，阳性结果的人体相关性判定牵涉到多方利益。

本文将汇总2014—2017 年FDA 批准的17 项致癌试验阳性的药物，并结合文献报道和工作经验，从致癌试验的结果分析步骤、阳性结果的判定、人体相关性分析和说明书的描述等几方面提出致癌试验结果分析要点的建议，力求为国内同行、新药申报企业和审评机构提供一些参考。

正文

前言

药物致癌风险评估是一项针对临床长期应用药物在安全性方面的重要评价内容，目前尚无可以完全替代啮齿动物致癌试验的其他研究手段［1］。

由于啮齿动物致癌试验的周期长、成本高，且常常在临床研究的中后期开展，此时已有大量的受试者参与了临床试验，为充分保障临床受试者的权益，需要药理毒理学家会同药物监管机构对致癌性研究结果进行谨慎、充分的综合分析，特别是针对致癌试验的阳性结果，如何判定动物发生的肿瘤与人体的相关性，更是需要从种属特异性、药效学、药动学、毒理学以及机制研究等多个层面进行综合考量。

啮齿动物致癌试验的阳性结果并非罕见，在2014—2017 年，FDA 共批准了154 个新药上市( 不包括血液制品和疫苗类药物) ，其中开展一项或多项致癌试验的药物是48 个，而这48 个药物中有17个是经统计学判定为结果阳性，即阳性率达到35%［2］。

显然，这17 个药物致癌试验的阳性结果并没有阻止药物的上市审批; 对这17 个药物的致癌性结果进行深入分析，将有助于我们对致癌试验结果的理解。

本文将综合这些试验结果并结合文献报道和实际工作经验，从致癌试验的结果分析步骤、阳性结果判定、人体相关性分析、说明书描述等几方面提出致癌试验结果分析要点的建议，以期为同行、新药申报企业和审评机构提供一些参考。

致癌试验结果分析步骤

2.1 试验设计的重新评估

致癌试验周期长，特别是传统的2 年大鼠/小鼠致癌试验，从最初的剂量探索试验，到正式实验的动物购入、病理阅片、肿瘤数据分析以及最终的总结报告完成，至少需要3 年左右的时间; 而在此期间，药政法规变动、实验设施调整、人员更迭、临床试验受试病例的增加、以及对药物认识的深入等因素均可能促使我们重新评估试验设计的合理性。

与致癌试验结果分析较为密切的有以下几点:

① 剂量设置是否合理，是否存在剂量过高而严重影响了动物寿命，或是因剂量过低而未充分暴露潜在的致癌性?

② 对照组的设置是否合理，是否采用了不恰当的溶剂或辅料对照? 该对照品在机构内是否有充足的致癌性历史背景数据?

③ 开始时动物数是否足够，因而影响到每组存活动物数，是否能够满足最终结果的统计分析?

④ 对于动物尸体自溶或尸体啃食现象，是否为减少动物数据的过多丢失采取了一些预防措施?

⑤ 试验设计中是否存在检查过度( 如采血) 使动物健康受到损害进而影响试验结果?

为避免试验设计出现问题和确保科学性，FDA设立了致癌性评估执行委员会( Executive Carcinogenicity Assessment Committee，ECAC) ，负责对申请人在致癌研究开展之前提交的试验方案进行评估和确认，以及试验过程中发生的特殊事件( 如动物大面积死亡或特殊肿瘤的发生) 或方案变更进行沟通和反馈，从而最大程度避免因剂量设计、暴露不足或暴露过度而出现的研究失败，或在发生特殊肿瘤时探讨与人体的相关性，并指导正在进行的临床试验的安全性风险控制或增加相关临床检查项目［3］。

目前我国药监部门尚未设置这样的专门机构，但可就致癌试验方案与药品审评机构进行沟通。申请人和非临床安全性评价研究机构也有责任提高自身能力，最大程度降低因试验设计缺陷而带来的风险和后果。

2.2 试验数据的统计前处理

致癌试验统计分析的目的在于通过判定死亡率、肿瘤发生率是否存在剂量相关趋势，以及受试物组的肿瘤发生率是否与对照组有统计学差异，来量化受试物致癌力的证据强度［4］。

在病理学家按照要求对所有动物的脏器组织完成病理阅片及同行评议后，专题负责人还需要会同病理学家对结果进行必要的统计前检查或处理，包括:

① 相同组织学起源的不同肿瘤类型的合并分析［5］，如白血病、淋巴瘤等。

② 原发肿瘤与转移肿瘤的区分，致癌试验中仅需对原发肿瘤进行统计学分析［4］。

③ 良性肿瘤与恶性肿瘤的区分。

④ 在104 周致癌试验中还要区分致死性肿瘤( fatal tumor) 、偶发肿瘤( incidental tumor) 和非致死可见肿瘤( mortality independent

tumor) ［4］。

⑤ 确立机构内该品系动物自发性肿瘤的发生率，并以此来明确常见肿瘤( 发生率≥1%)和罕见肿瘤( 发生率＜ 1%) 的不同检验水准［4］。

在完成以上5 项准备工作后，采用适当的统计学软件和统计学方法进行结果分析。

目前，FDA 推荐采用趋势检验( dose-related trend test) 和成对检验( pairwisecomparison) ［4］，而美国毒性病理学会( Society of Toxicologic Pathology，STP) 推荐采用单一的趋势检验方法［6］。

本文列出的17 个致癌试验阳性的药物，均是通过生存率校正后剂量相关性趋势检验和成对比较都有统计学意义判定为阳性结果的药物。

2.3 人体相关性分析

所有的非临床研究都是为临床研究和临床应用提供参考，目的在于实现非临床到临床的转化。

对于动物致癌试验中的阳性试验结果，我们最为关注的就是人体相关性。对于阳性结果，无论信号强度如何，其核心在于判定是否存在安全窗( safety margin)，评估发生在致瘤剂量下其他毒性的相关性，鉴别啮齿动物致瘤效应的关键事件及其与人体的生物学关系。

对17 个致癌试验阳性的药物的通用名( generic name) 、中文名、批准时间、申请人( applicant) 、药理学分类( pharmacologic class) 和适应证信息汇总见表1。

我们将从以下4 个影响因素对阳性结果的人体相关性进行分析: 肿瘤多样性和跨种属特性( multiplicity and cross-species) 、啮齿动物特异性肿瘤( species specificity) 、体内暴露倍数对比( exposure multiples)和人体相关性框架( human relevance framework)，具体如下。

2.3.1 肿瘤多样性和跨种属特性

在2 个啮齿动物种属的同一部位均观察到肿瘤，或单一动物种属观察到多个肿瘤类型，通常被认为比单一动物种属或单一性别观察到的单一肿瘤具有更大的风险。

与非致突变化学品相比，致突变化学品和已知人类致癌物常常具有跨种属致癌特性［24］。国际癌症研究机构( International Agency for Ｒesearch on Cancer，IAＲC) 分类中的“可能人体致癌物”( probable /possible human carcinogen，2a /2b) 大多是跨种属致癌物［25］，这也是要求采用2 种啮齿动物进行致癌试验的充足理由，尽管该观点目前还存在一些争议［1］。

即使大多数的药物不是致突变剂或不具有遗传毒性，2个种属的阳性结果，仍比单一种属或单一性别阳性更能引起关注，但单一性别或单一种属的肿瘤也不足以降低肿瘤发现的重要性。

以下是对这17 个致癌试验阳性药物的肿瘤多样性和跨种属特性进行的分析( 见表2) ，其中，对于某一类型肿瘤在2 个动物种属均可见的记为多种属，否则记为单一种属; 对于某一动物种属可见2 个及2 个以上肿瘤类型的记为多样性肿瘤，否则记为单一肿瘤。结果显示，6 /17 为多样性肿瘤，3 /17 为多种属肿瘤，而其中仅吡非尼酮和利西拉来2 个药物既属于多样性肿瘤，又具有跨种属特性，这也就更需要参照其他因素对其人体相关性进一步分析。

2.3. 2 啮齿动物特异性肿瘤

一些肿瘤常见于啮齿动物，甚至是啮齿动物的特异性肿瘤，这些肿瘤在人体的发生率较低或不会发生。啮齿动物特异性肿瘤来源于几个因素，包括:

① 生理差异，如动物和人体存在不同的内分泌调节机制。

② 药动学差异，如代谢产物不同，产生药物蓄积的器官或蓄积程度不同，以及排泄途径不同。

③ 种属之间甚至在不同品系之间的病理学差异，如小鼠常见肿瘤发生在肺、肝、肾上腺、造血系统和卵巢，而对于大鼠，更多的自发性肿瘤发生在乳腺和垂体。

④ 解剖学差异，如人体不存在但是大小鼠可见的前胃、哈氏腺、Zymbal氏腺和包皮腺等脏器组织。

表3 列举了一些啮齿动物常见肿瘤，当出现这些肿瘤，且具有相同或相似的作用模式( mode of action，MoA) 时，一般可认为动物的肿瘤发现与人体不具有相关性。由于篇幅限制，本文不再详述。

而通过对17 个致癌试验阳性药物进行分析可见( 表2) ，4/17 药物的肿瘤可明确属于啮齿动物特异性肿瘤包括: 他司美琼、苏沃雷生、纳洛醇醚、依匹哌唑。

而13 /17 药物的动物肿瘤结果还需结合其他因素进一步分析其人体相关性。

2.3.3 体内暴露倍数对比

一般来说，通过比较啮齿动物致癌试验中的药物暴露量与临床人体暴露量可以评估药物的致瘤性风险。

理想情况下，可通过啮齿动物致癌试验获得最低致瘤效应剂量( lowest observed effect level，LOEL) 和无致瘤效应剂量( no observed effect level，NOEL) ，利用人体最大推荐剂量( maximum recommended human dose，MRHD) 下的人体稳态血药浓度的曲线下面积( area under curve，AUC) ，以及LOEL 和/或NOEL 剂量水平的AUC 来界定安全窗，必要时也可通过体表面积换算来描述暴露倍数。

确定了安全窗之后，最大的挑战在于解释安全窗是否足够大，并以此来评估动物肿瘤结果对于人体的风险。

当安全窗缺失( LOEL 剂量的暴露量与人体接近) 时，就需要考虑本文所讨论的其他人体相关性影响因素。

事实上，如果缺少其他相关信息，并缺乏安全窗会大大增加人们对风险存在的担忧。而如果NOEL 或LOEL 剂量的AUC超过人体的25 倍时，通常很少关注其人体风险，这个25 倍具有一定的理想属性，因为它是足够高到可检测到IARC 的1 和2a 类致癌化合物，并且足够高到在大鼠体内检测出绝大多数药物的致瘤性［26］。

暴露倍数与人体风险的关注程度呈反比。当暴露倍数在25 倍以内时，就需要判定LOEL 或NOEL 是否达到或超过了最大耐受剂量( maximum tolerated dose，MTD) 。

这种分析的价值在于假设动物的毒性反应与人体相似，而人体在MTD 剂量下继续用药的可能性较低，致瘤风险也随之降低。

而相对于传统的大鼠或小鼠2 年致癌试验来说，转基因小鼠致癌试验的高剂量选择或安全性界定，尚未达成采用暴露倍数的共识，目前更适宜采用MTD［27］。

对17 个致癌试验阳性药物进行体内暴露倍数分析可见( 表4) ，NOEL 或/和LOEL 暴露量大于临床25 倍的药物或试验有他司美琼、依帕列净、纳洛醇醚、依匹哌唑( 大鼠) 、利西拉来( 小鼠) 、埃格列净( 小鼠) ，占6 /17; 虽没有达到25 倍，但是达到MTD的药物或试验有吡非尼酮、氟班色林、布瓦西坦、奥贝胆酸、利西拉来( 大鼠) 、阿巴帕肽、索玛鲁泰、埃格列净( 大鼠) ，占8 /17; 然而，暴露倍数低于25 倍且没有达到MTD 的药物或试验有度拉鲁肽、甲状旁腺激素、依匹哌唑( 小鼠) 、克瑞沙硼、地夫可特，占5 /17。

此外，还有苏沃雷生和克瑞沙硼小鼠致癌试验的高剂量是依据最大可行剂量( maximum feasible dose，MFD) 进行选择的，符合国际上相关指导原则关于致癌试验的剂量设置要求［26］。

2.3.4 人体相关性框架

人体相关性框架( human relevance framework，HＲF) 是在2001 年6 月，由国际生命科学研究院的风险科学研究所( Risk Science

Institute of the International Life Sciences Institute，ILSIRSI) 提出的以MoA 为基础的人体相关性分析理论［45］，目前已广泛应用多个领域的风险评估。HRF是基于2 种假设: 其一是实验动物所见肿瘤在人体具有指示性; 其二，实验动物确定的MoA 适用于人体。

HRF 工作流程见图1，其核心在于收集足够的证据信息来建立动物MoA，之后通过确立MoA 中关键事件( key events) 的动物与人体的相似性，以及关键事件的量效和时效关系来进一步判定动物肿瘤的人体相关性［46］。

然而，这并不意味对所有药物均要进行MoA 分析，只是在通过本文提出的前3 项影响因素尚不能确定人体相关性时进行。

目前，在药物领域最为经典的MoA 分析当属Novo Nordisk 原研的GLP-1 受体激动剂类药物利拉鲁肽( liraglutide) ，在大鼠2 年致癌试验中发现与药物相关的甲状腺肿瘤，且具剂量相关性，申请人通过大量的研究工作，发现其MoA 可概括为:

① GLP-1 受体激动剂结合并激活甲状腺C 细胞( 腺泡旁细胞) 上的GLP-1 受体。

② GLP-1 受体激活，继而诱导降钙素( Calcitonin) 释放。

③ 降钙素释放增多反馈引起降钙素合成增加。

④ 降钙素合成增加导致甲状腺C 细胞增生［47］。

啮齿动物甲状腺C 细胞肿瘤的发生与甲状腺C 细胞的受体分布以及药物半衰期均有着很大关系［48］，迄今FDA 批准的7 个GLP-1 受体激动剂药物中，本文涉及到的有3 个，也正是由于利西拉来的药物半衰期与短效类GLP-1 受体激动剂( 艾塞那肽，exenatide)接近，远低于度拉鲁肽和索玛鲁泰。

所以，尽管利西拉来动物致癌试验也为阳性结果，但是说明书中不需进行黑框警告。综上所述，本文介绍的17 个致癌试验阳性药物均不需进行MoA 分析。

而药物审评人员将综合4项影响因素，对动物肿瘤的人体相关性提出审评意见。

从表5 可见，非特异性肿瘤及暴露倍数较低且未达到MTD 的药物人体风险较大，这包括17 个药物中的度拉鲁肽、甲状旁腺激素、克瑞沙硼和地夫可特，共4 个药物的人体风险较大; 因克瑞沙硼属于皮肤外用制剂，人体系统暴露的风险较低; 地夫可特的致癌试验结果来源于文献报道，且属于皮质类固醇前药，而糖皮质激素可增加骨吸收或降低骨形成，审评部门建议上市后开展小鼠致癌试验; 综合来看，度拉鲁肽和甲状旁腺激素的肿瘤风险关注度较高。

阳性结果对药物说明书的影响

致癌试验的结果会直接影响到患者、申请人、投资人等多方利益，而单从科学角度，如何在药物说明书中准确、合理的呈现致癌试验结果，是毒理学家和审评人员更为关心的问题。FDA 对说明书( label)有具体要求，可参见FDA 相关指导原则“FDA Guidance for industry: Warnings and Precautions Contraindications，and Boxed Warning Sections of Labeling for Human Preion Drug and Biological Products-Content and Format”［49］，致癌试验结果主要体现在黑框警告( boxed warning) 、警告与注意事项( warnings and precautions,section 5) 、不良事件( adverse events，section 6) 、非临床毒理学( nonclinical toxicology，section 13) 、患者咨询信息( patient counseling information，section 17) 。

在欧盟，致癌试验的结果

也需要以合适方式在产品说明书( EU summary of product characteristics，SmPC) 体现［50］，包括特别警告和使用注意事项( special warnings and precautions for use， section 4. 4 ) 、非预期作用( undesirable effects，section 4.8) 、临床前安全性数据( preclinical safety data，section 5.3) 、上市授权的其他条件和要求( other condition and requirements of the marketing authorization，Annex II C) 。

尽管从表5 可见，审评人员对多数药物都会提出“临床意义知”或“风险相关性不清楚”等非确定性意见，但是，在说明书处理上会区别对待。

在17 个致癌试验阳性药物的说明书中，17 /17 药物均需在非临床毒理结果项对致癌性结果进行披露，其中4 /17 有致癌性黑框警告( 分别是: 度拉鲁肽关于甲状腺C 细胞肿瘤的警告、甲状旁腺激素关于骨肉瘤的警告、阿巴帕肽关于骨肉瘤的警告、索玛鲁泰关于甲状腺C 细胞肿瘤的警告) ，6/17 在警告与注意事项中有肿瘤风险提示( 分别是度拉鲁肽、甲状旁腺激素、氟班色林、地夫可特、阿巴帕肽、索玛鲁泰) ，4/17 在不良事件中有信息提示( 分别是度拉鲁肽、甲状旁腺激素、地夫可特、索玛鲁泰) ，4/17 要求通知患者及时报告肿瘤症状或体征( 分别是度拉鲁肽、甲状旁腺激素、阿巴帕肽、索玛鲁泰) 。

综合以上信息可见，度拉鲁肽和甲状旁腺激素的风险较高，应加以黑框警告，尽管暴露倍数较高，但是索玛鲁泰与度拉鲁肽同属于长效GLP-1 受体激动剂，根据已确立的MoA，也需加以黑框警告; 阿巴帕肽属于甲状旁腺激素类似物，人体肿瘤风险同样较高。

结论

啮齿动物致癌试验阳性结果的人体相关性分析，牵涉到人体安全性和多方利益，需要综合药理毒理、药效、药动甚至机制研究等多方面信息进行考量。

建议在新药的非临床研究中，从肿瘤多样性和跨种属特性、啮齿动物特异性肿瘤、体内暴露倍数对比以及人体相关性框架等方面进行综合判定，并以合适的方式在药物说明书中进行肿瘤风险提示。

但是，现有的人体肿瘤相关性判定，均是建立在现有的知识体系上，并不代表该药物最终的临床应用结局。

药物申请人和非临床安全性评价研究机构均需牢记保障患者用药安全的使命，与药物监管机构进行及时有效的沟通，并在Ⅳ期临床试验大数据中得出进一步的结论。

参考文献

详见原文，中国新药杂志2018年第27卷第23 期

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