21世纪的毒性测试观念与远景

　　毒理学动物试验的发展为化学物危害识别提供了毒性分析的工具，但是仍然有许多化学物质的动物毒性资料很少或几乎没有。传统的毒理学策略需要全世界范围内成千上万的研究人员、风险评估和风险管理人员参与，耗资巨大。其结果只能是使现有的毒性资料不断被修正或补充(以前未涉及的毒理学终点)。但另一方面，现行的毒理学试验和风险评估方法仍不能满足法规管理的需要，不能满足消费者对化学品安全的担忧。因此，需要重新审视现有的毒理学评价方法的有效性，而计算机、信息学和分子科学的应用提供了这样的机遇。特别是后基因组时代，以基因组学、蛋白组学、代谢组学和细胞组学为代表的系统生物学的建立和快速发展,更新了21世纪的毒理学理念和方法。

　　在此背景下，欧美等发达国家开展了新的毒理学安全评价策略的研究，2004年，美国EPA 委托美国国家研究委员会(National Research Council，NRC)审查现有的毒理学策略，2007年提出了长期的毒性试验和风险评估指导建议，即所谓的“毒性路径”(toxicity pathway)的概念。与之类似，美国国家毒理学计划提出了未来路线图(NTP Roadmap for the Future)，FDA提出的策略名为关键路线计划(Critical Path Program)。EPA的研究和开发处(Office of Research and Development，ORD)以及其它部门建立了相应的研究项目以支持毒理学策略的这一转变。如ORD于2006年成立了国家计算毒理学中心(National Center for Computational Toxicology)。资助应用体外方法进行风险评估和毒性试验，隶属于EPA的杀虫剂和毒物外(Office of Prevention, Pesticides, and Toxic Substances，OPPTS)也在积极开发计算机毒理学工具用于风险评估和管理。2007年，美国国立研究院(NRC)描绘了具有划时代意义的21世纪毒理学的前景，即Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a Strategy，提出毒理学应当由原来的体内动物研究向体外试验转变。

　　2007年“21世纪的毒性试验：观念和策略”发表，这是一篇影响深远的文章，指出毒理学试验和风险评价策略应重点放在“毒性作用路径”这一科学理念的基础上，即基因、蛋白质和小分子物质如何相互作用维持细胞功能的分子路径，暴露于外源化学物如何破坏这些路径引起关键事件的级联反应，并最终导致负的健康效应。毒性作用的后果如图所示，描述了由于暴露于环境应激因素而导致正常生物学过程被干扰和破坏，导致细胞损伤后果的过程。成功的应用新的毒理学工具，有助于安全评价方案设计的合理性和有效性。图1显示毒性作用通路，描述了由于暴露于应激原导致正常生物学过程发生紊乱的过程。

　　目前风险评价方法中包括的不确定有：(1)实验动物研究与人类的相关性(物种外推), (2)动物试验中使用的高剂量用来估计低剂量的或不确定的人类暴露的风险(剂量外推), (3) 敏感人群的风险预测。近年来，提出了一种以毒性通路为核心的试验策略。通过对导致负效应的毒性通路破坏的定量的认识，提高了化学物毒性试验和风险评估的能力。

　　基因组技术带来的生物技术的革命促进了毒理学技术的发展和推动了高通量筛选工具的开发，使得大规模地研究化学物质作用的靶分子与靶细胞成为可能。检测化学物作用靶点(分子或细胞)与传统毒性终点之间的关系是第一步，在这些具有特征性的相互关系中，那些具有显著差异的表型建立评价危害和风险分析的毒性通路的关键。证明一种毒性通路，并研究其与化学物相互作用的体外检测方法，最大的潜在用途是评价上千万种与之类似作用方式的化学物。因此，研究关键靶组织的、器官和某个生命阶段的毒性通路，以及它们与整个生物机体和暴露途径的相互连系是这一策略的核心。