左甜甜,刘静,王莹,聂黎行,昝珂,刘丽娜,刘芫汐,魏锋,金红宇,马双成
中国食品药品检定研究院 国家药品监督管理局中药质量研究与评价重点实验室,北京 102629
中药是中华民族的瑰宝,自古以来在预防和治疗疾病中都发挥着重要作用。然而,中药全产业链过程中可能会受到外源性有害残留物的污染,包括重金属及有害元素、农药残留、真菌毒素等。另一方面,随着毒理学研究技术的发展,人们逐渐开始关注中药毒性物质的表征。有毒中药分为大毒、有毒和小毒,包括含蒽醌类成分的有毒中药何首乌、大黄和虎杖等,含吡咯里西啶生物碱类成分的有毒中药千里光、款冬花、返魂草、佩兰、野马追和紫草等,含雷公藤甲素类的有毒中药雷公藤、昆明山海棠和东北雷公藤等,含马兜铃酸类成分的有毒中药马兜铃、寻骨风、天仙藤、细辛和木通等,含柠檬苦素型四环三萜类成分的有毒中药川楝和苦楝等。外源性有害物质和有毒中药中内源性有毒成分影响了中药品质和用药安全、中药的应用前景及中医药事业的健康发展。中药安全性控制涉及外源性有害物质和内源性有毒成分两部分内容。外源性有害物质和内源性有毒成分虽然具有不同的毒性特点,但都需要以风险控制的理念为核心,在科学的风险评估基础上通过建立检验检测方法、提高标准、加强监管来引导产业发展。
风险是指暴露某种特定因子后在特定条件对组织、系统或人群产生有害作用的概率。风险评估是系统地采用科学技术,在特定环境下,对于某危害因素 产生(或将产生)不良效应的可能性和严重性的科学评价。食品药品安全风险评估是我国制定、修订相关安全标准,实施安全监督管理的科学依据,评估结果的准确性和可靠性将直接影响食品安全监管决策的科学性。然而,中药作为药品有其自身的特点,其使用(或暴露)情况不同于食品。因此,迫切需要建立符合中药使用特点的外源性有害物质和内源性有毒成分风险评估技术体系。本研究对中药中重金属及有害元素、农药残留、真菌毒素等外源性有害物质和马兜铃酸、吡咯里西啶生物碱为代表的内源性有毒成分的健康风险评估研究进展进行梳理,探索符合中药使用特点的外源性有害物质和内源性有毒成分风险评估技术体系,为保证中药临床用药安全及产业的可持续健康发展提供参考。
中药中外源性有害物质和内源性有毒成分风险评估遵循风险评估的基本程序,包括危害识别、危害特征描述、暴露评估和风险特征描述4 个基本步骤。
危害识别和危害特征描述是风险评估的前两步。通过危害识别对有毒中药中毒害成分的毒理状况进行描述;通过危害特征描述对中药中毒害成分的不良效应特征进行定性或定量描述,确认其剂量-反应关系或健康指导值。对于大多数有权威数据的外源性有害物质和内源性有毒成分,可以直接在综合分析联合国粮食和农业组织(FAO)、世界卫生组织(WHO)、食品添加剂联合专家委员会(JECFA)、美国食品药品监督管理局(FDA)等国际权威机构最新的评估报告及数据,确定其健康指导值。
对于外源性有害物质重金属,镉的健康指导值建议参照2010 年第73 次JECFA 会议WHO 推荐的每月可耐受摄入量(PTMI),为每千克体质量25 μg·kg-1;汞的健康指导值建议参照WHO 推荐的汞的PTWI值,为每千克体质量4 μg·kg-1;铜的健康指导值建议参照WHO 推荐的每日最大容许摄入量(PMTDI)值,为每千克体质量500 μg·kg-1[1-4]。对于农药残留,可通过检索已有的、与评估相关的国内外权威数据获得中药中待评估农药的每日允许摄入量(ADI)和急性参考剂量(ARfD)。
对于尚未建立或已撤销健康指导值的外源性有害物质和内源性有毒成分(通常为致癌性化学物质),可利用文献报道或实验获得的无可见有害作用水平(NOAEL)、基准剂量下限(BMDL10)、50%肿瘤发生率(TD50)等毒理学剂量参数,根据上述风险评估关键点中所确定的不确定系数,推算出健康指导值。例如,欧洲食品安全局(EFSA)报道以肝癌细胞为终点,外源性污染物黄曲霉毒素B1的BMDL10为每千克体质量170 ng·kg-1;内源性有毒成分马兜铃酸Ⅰ的TD50为每千克体质量10 mg·kg-1;马兜铃酸Ⅱ对肾脏的NOAEL 为每千克体质量1.0 mg·kg-1;瑞德灵(riddelline)作为毒性最高的大环双酯型吡咯里西啶生物碱,其BMDL10为每千克体质量237 μg·kg-1[5-7]。
传统的暴露评估多以膳食风险评估为基础,考虑的因素较为简单,通过日摄入量(IR)、毒害成分的含量(C)、人体体质量(W),按公式(1)初步计算暴露量(Exp)。
笔者团队充分考虑中药的临床用药特点,引入了中药服用频率(EF)、服用年限(Ed)、平均寿命天数(AT)及中药组方中有害物质煎煮等过程的转移率(t,中成药中t=100%),提出了适用于中药日暴露量(EXP)的计算公式(2),适用于中药中外源性有害物质和内源性有毒成分的暴露量评估[8-10]。
式中,C为外源性有害物质和内源性有毒成分的实测值;AT按每年365 d,共70年计算。
对于评估过程中所涉及的中药特有的重要参数,包括EF、Ed、IR等,本课题组以风险控制的科学理论为依据,通过总结多年实践数据与经验、开展多省份普通居民入户调查和医院处方系统调查,经过反复论证,确定参数。t的确定考虑了中药材及饮片煎煮(提取)后服用的用药特点。
考虑到不同农药自身特点,建议分别计算农药残留的急性暴露量(EXPa)和慢性暴露量(EXPc),对中药中农药残留进行暴露评估,按公式(3)、公式(4)计算[11]。
式中,LP为某品种中药最大日消费量(kg·d-1);HR为样品中检出此农药的P97.5百分位数(mg·kg-1),亦可采用田间实验数据。
式中,I为平均日消费量(kg·d-1);R为样品中检出此农药平均值(mg·kg-1)。
风险特征描述是在危害识别、危害特征描述和暴露评估的基础上,对评估结果进行综合分析,描述危害对人群健康产生不良作用的风险及其程度,以及评估过程中的不确定性,并向风险管理者提出科学的建议。风险特征描述通常是将暴露水平与健康指导值相比较,并对结果进行合理的解释。左甜甜等[10]根据WHO 推荐的2 种风险特征描述的方法,建议对已确立健康指导值的重金属采用危害指数法(HI)进行风险特征描述,对于尚未建立或已撤销健康指导值的重金属(多为致癌性重金属)采用暴露限值(MOE)法进行风险特征描述。王莹等[11]采用HI 分别对农药残留进行急性和慢性风险特征描述。EFSA 提出MOE 法,按公式(5)对致肝癌性外源性污染物黄曲霉毒素B1致癌性风险进行风险特征描述[12]。
式中,MOE 为黄曲霉毒素B1的暴露限值;EXP为公式(2)计算得到的黄曲霉毒素B1的日暴露量。若MOE>10 000,则认为黄曲霉毒素B1对公众的健康风险较低。
此外,JECFA 提出采用超额风险法对黄曲霉毒素B1的致癌性风险进行风险特征描述。超额风险为黄曲霉毒素B1暴露可能增加的肝癌病例数,可接受水平为百万分之一,即认为在每100万人中增加1例癌症病例风险可接受。黄曲霉毒素B1超额风险(PR)按公式(6)计算[13]。
式中,EXP为公式(2)计算得到的黄曲霉毒素B1的日暴露量;AP 为黄曲霉毒素B1的致癌作用强度。
考虑到内源性有毒成分吡咯里西啶生物碱及马兜铃酸的强致癌性,建议采用公式(5)计算,基于MOE 法进行风险特征描述[7]。
2.1.1 重金属及有害元素 重金属及有害元素为环境污染物,针对中药中重金属及有害元素的风险评估,需充分考虑植物自身对元素的积累特性、环境背景值,并对经济发展情况、历史背景、人文认知作出必要的权重考虑。费毅琴等[14]结合《中药中外源性有害残留物安全风险评估指导原则》及内梅罗综合污染指数法对37 种2427 批常用花、叶、全草、果实、种子类中药材中重金属残留量进行筛查,从药用部位分析,合格率为种子类>果实类>花类>全草类>叶类,其中山银花、白花蛇舌草、穿心莲、艾叶、青蒿、鱼腥草、茵陈、广金钱草8 个品种的重金属及有害元素污染较严重,白花蛇舌草和山银花中镉,茵陈中砷,白花蛇舌草、穿心莲、艾叶、青蒿、鱼腥草、茵陈、广金钱草中铅的风险需要被关注。聂黎行等[15]基于2010—2018 年国家药品抽检大数据,从分布情况、元素和剂型差异等角度分析了295 个品种15 000 余批中成药中铅、镉、砷、汞、铜、铬的残留特征,并对14 787 批样品和276 个品种通过靶标危害系数(THQ)法进行健康风险评估,结果表明,所有样品各元素残留值和THQ 均呈趋近于0 的偏态分布,部分样品铅、镉、砷、汞、铜、铬残留值超过100 mg·kg-1,个别样品铅、砷、铜残留值超过1000 mg·kg-1。其中,活血止痛散、五子衍宗丸、愈伤灵胶囊和接骨七厘散4 个品种的THQ>1。中成药丸剂、胶囊剂、片剂、散剂,尤其是原粉制剂中汞、铅、砷残留及健康风险应引起关注。考虑到重金属毒性不仅与其在中药中的绝对含量有关,更与实际被吸收的量密切相关,笔者团队将生物可给性及生物有效性的概念纳入中药有毒有害物质风险评估的范畴中[16]。通过In vitroPBET 法,模拟胃肠消化对9 种72 批动物药中重金属的生物可给性进行考察,并应用于风险评估中,结果表明,重金属在人工胃肠相中均未完全溶出,9 种动物药中铅、镉、砷、汞、铜的生物可给性为1.5%~51.3%[17]。若采用重金属的总含量进行风险评估,乌梢蛇、蕲蛇、九香虫、地龙、蜂房和全蝎的健康风险不容忽视;然而,考虑重金属的生物可给性后,所有批次动物药重金属的风险均可接受。此外,笔者团队基于所建立的In vitroPBET/Caco-2 细胞模型评价重金属的生物有效性,并应用于风险评估中,经过Caco-2细胞转运前,所有批次白花蛇舌草镉的HI 值均大于1,健康风险不可接受;Caco-2 细胞转运后,3 批白花蛇舌草中镉的HI值均≤1,风险降低至安全范围内[18]。通过以上研究可见,风险评估过程中不能忽视有毒有害物质的生物可给性和生物利用度。
2.1.2 农药残留 随着野生中药资源的日渐匮乏,人工栽培已经成为中药材的重要来源。为防治病、虫、草害,规模化种植过程中需要使用农药,包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、熏蒸剂及植物生长调节剂等,使中药中农药残留问题愈发严重。Wang 等[19]对常用的千余批样本中农药残留量进行监测,初步发现农药检出率较高,但残留水平低,超标率并不高,其中花类和部分果实类药材、部分多年生根与根茎类药材检出率高,风险较大,且部分有禁用农药检出。此外,本课题组通过2022 年国家药品抽检对52 批菊花样品中禁用农药进行检测,合格率仅为69.2%,其中甲拌磷和氟虫腈超标;同时,对于样品中农药进行了多残留测定,检出除33 种禁限用农药外的化学农药68 种,结论为菊花中检出农药残留以微毒、低毒农药为主,但仍有高毒、剧毒禁用农药被检出。采用国际通用的兽药残留风险排序矩阵法对菊花中检出农药风险进行排序,菊花中含有拌磷或氟虫腈2种高风险农药、啶虫脒等7种中风险农药、戊唑醇等15种低风险农药。
另有研究对600 余批中成药样品进行了农药残留筛查,发现部分制剂污染情况较为严重[20],其中,43批人参养荣丸中检出16种农药(包含禁用农药)、50 批坤宝丸样品中检出6 种农药、137 批复方益肝灵系列制剂中检出了11 种农药。笔者团队通过2020 年国家药品抽检对16 批次益心酮片,以及其原料山楂叶提取物和山楂叶中农药残留量进行测定和风险评估,从检出农药种类分析,山楂叶、山楂叶提取物和益心酮片中分别检出农药20、25、31 种,检出共有农药18种,益心酮片中多菌灵等14种农药的检出率高达100%。对从药材到提取物再到制剂的农药残留转移率进行考察发现,对于多菌灵等极性农药,药材到制剂残留量呈现增加趋势;而对于菊酯类非极性农药,农药残留量呈现降低趋势,说明制剂中农药残留问题不容忽视。风险评估结果表明,山楂叶、山楂叶提取物和益心酮片中农药短期危害指数(HIa)和长期危害指数(HIc)均低于1,风险尚可接受。
2.1.3 黄曲霉毒素 在采集、贮藏、制备、运输、流通等全产业链环节中,如果管理不当,中药极易被黄曲霉毒素所污染,成为中药材及中成药制剂的安全隐患[21]。黄曲霉毒素是一组化学结构相似的二氢呋喃香豆素类的衍生物,主要由黄曲霉、寄生曲霉、集峰曲霉和伪溜曲霉代谢产生。最常见的是黄曲霉毒素B1、黄曲霉毒素B2、黄曲霉毒素G1、黄曲霉毒素G2和黄曲霉毒素M1,其中黄曲霉毒素B1分布最广、毒性和致癌性最强。刘丽娜等[22]对220余种常用中药材、部分中成药制剂(总计2100 批样品)开展黄曲霉毒素筛查工作,结果表明,黄曲霉毒素虽然整体检出率不高,但部分品种(包括部分药食同源品种,如桃仁、酸枣仁、莲子等)检出率较高,其中莲子的检出率高达80%,风险不容忽视。左甜甜等[23]通过考察动物药中黄曲霉毒素B1的日暴露量及超额风险,探索动物药中黄曲霉毒B1进行定量风险评估方法,结果动物药的日暴露量为0.010~4.323 ng·kg-1,其中蜂房的超额风险为每年每100万人中发生1.3 例癌症病例,风险应予以关注;其他动物药的超额风险均小于1,风险可控。赵祥升等[24]对中药中黄曲霉毒素B1的污染状况进行文献分析发现,149 种中药(包含12 种动物药、3 种发酵药材)总计1168 批样品中检测到黄曲霉毒素B1。植物药中种子类、果实类、根茎类药材容易污染黄曲霉毒素B1。此外,国家药品抽检发现活血止痛制剂和舒筋定痛片2 个品种有黄曲霉毒素超标的问题,活血止痛制剂问题较为严重,两者处方均含有易霉变的土鳖虫。
2.2.1 吡咯里西啶生物碱 吡咯里西啶生物碱广泛分布于6000 多种植物中,多见于菊科、豆科、紫草科等,常用的中药材包括紫草、千里光、款冬花、佩兰、菊三七等[25-26]。近年来,吡咯里西啶生物碱及其相应的氮氧化物已被证明具有多种毒理学效应,包括肝毒性、遗传毒性和致癌性等。WHO 将瑞德灵、百合碱、毛果天芥菜碱3 个吡咯里西啶生物碱列为2B 类致癌物(对人类可能致癌物)。含吡咯里西啶生物碱药品的安全性已成为国内外食品药品监管机构共同关心的国际性议题。2016 年,欧洲药品监督管理局根据吡咯里西啶生物碱的致癌性,规定每日每千克体质量摄入量不超过0.007 μg;2020年,欧盟对各种草药、食品出台新章程,规定其中吡咯里西啶生物碱总量不超过200 μg·kg-1。《中国药典》2020 年版中对千里光项下阿多尼弗林碱含量作出规定,要求不得超过0.004%,即每克药材中阿多尼弗林碱不得超过40 μg[27]。文献报道对《中国药典》2020 年版中386 种药材的30 余种吡咯里西啶生物碱成分进行筛查发现,超出上述限值的药材有18 种,其中紫草、款冬花、佩兰、野马追、千里光5 个品种超标10 倍以上[28]。昝珂等[29-33]考虑中药使用特点,采用MOE 法以瑞德灵的BMDL10值237 μg·kg-1为参照值计算得到蜂蜜、大蓟、灯盏细辛、飞扬草、半枝莲等药材均存在安全风险,基于代谢组和蛋白质组学探索了佩兰的肝毒性作用机制,发现佩兰的肝毒性主要通过干扰糖脂代谢来实现[34]。值得注意的是,吡咯里西啶生物碱种类较多,其毒性大小不同,如果仅以简单的总量或以毒性最强的瑞德灵予以控制未必适用于所有种类的中药。进一步结合已有报道的化合物毒性数据,相对于瑞德灵的毒性分析出各个化合物的相对效力因子(REF),以瑞德灵为1.0,其他化合物的REF 为0.01~1.00,采用REF结合MOE 的方法对佩兰进行风险评估,得到其MOE值为600~1500,和佩兰临床报道毒性相一致。
2.2.2 马兜铃酸类成分 马兜铃酸是具有硝基菲结构母核的一类天然产物,主要存在于马兜铃科马兜铃属和细辛属植物中,具有肾毒性和致突变、致癌作用,属于WHO 致癌物清单中的1 类致癌物,并属于《评估和控制药物中DNA 反应性(致突变)杂质以限制潜在致癌风险》[ICH M7(R1)]指南中提及的第1 类已知致突变致癌物。1993 年,比利时学者在《Lancet》报道了布鲁塞尔地区有女性在服用含中草药的减肥药后发生严重肾毒性事件,引起了国内外对含马兜铃酸中药毒性的重视[35]。1999 年,But 等[36]在《Lancet》报道木通引起的类似病例很可能是关木通所致,同时提出须关注含关木通的中成药品种,以及不应继续使用关木通。2003—2004年,原国家食品药品监督管理局先后取消了关木通、广防己和青木香的药材标准,并对其他含有马兜铃酸的中药也采取了监管限制措施。聂黎行等[37]梳理了2010—2020 年中药材及饮片中马兜铃酸类成分的相关研究报道,对12 个品种478 批中药材(饮片)中的25 种马兜铃酸的分布特征进行了分析,结果显示,12 个品种478 批中药材(饮片)中共检出25 种马兜铃酸类成分,整体来看,马兜铃酸Ⅰ含量最高、马兜铃内酰胺F1含量最低;初步风险评估结果显示,11批细辛药材中有1批样品存在马兜铃酸Ⅰ安全风险。
笔者团队参考ICH M7(R1)指南的相关规定,初步提出马兜铃酸的限量制定策略,通过大量实验研究并参考文献报道,保证拟定限度具有充分合理的科学依据。本课题组根据实验研究结果及文献报道,考虑到马兜铃酸Ⅰ具有明显且与剂量相关的肾毒性和致癌性,建议对其进行限量控制;考虑到尽管马兜铃酸Ⅱ的肾毒性和致癌性弱于马兜铃酸Ⅰ,但剂量过大、用药时间过长仍具有肾损伤和致癌风险,建议同样对其进行限量控制。然而,考虑到马兜铃酸Ⅲa、马兜铃酸Ⅳa、马兜铃内酰胺Ⅰ在动物实验中未显示出明显的肾毒性和致癌性,故不建议对三者制定限量。本课题组根据长期毒性实验结果及文献报道,依据马兜铃酸Ⅱ对肾脏的NOAEL为每千克体质量1.0 mg·kg-1,以100 为安全因子(基于假设人类对该物质的敏感度是实验动物的10倍,同时人类个体间药物敏感性差异是10 倍),参照《元素杂质指导原则》(ICH Q3D)以每日可接受摄入量(AI)的30%作为控制阈值,推算马兜铃酸Ⅱ限量;并以每千克体质量10 mg·kg-1·d-1作为马兜铃酸Ⅰ的TD50值计算马兜铃酸Ⅰ的AI值。笔者团队基于以上一系列研究起草了《中成药中马兜铃酸研究技术指导原则(试行)》。
近年来,符合中药使用特点的确定性风险评估技术体系日渐完善并指导了相关限量标准的制定。不同类型化合物的评估方法包括:1)对非致癌性物质(包括非致癌性重金属和农药残留),通常采用HI 法进行风险评估。重金属通常具有积蓄作用,而农药残留根据不同农药的特点可分为急性和慢性评估2 种情况。2)对于致癌性物质(包括外源性污染物黄曲霉毒素和内源性有毒成分吡咯里西啶生物碱、马兜铃酸等),通常采用MOE 法进行风险评估。
健康风险评估是制定限量标准的重要依据,符合中药使用特点的外源性和内源性有毒成分风险评估方法还需要进一步深入探索和完善:1)建议进一步基于体外消化模型等研究方法探索中药不同服药方式下污染物的生物可给性,并应用于风险评估中,提高不同类型中药及复方制剂风险评估的准确性和科学性。2)传统的中药多通过水煎煮后取水煎液服用,中药煎煮后有毒有害物质的转移率通常不足100%;且内源性有毒成分可能会随着煎煮温度、料液比、煎煮时间等因素发生变化。例如,附子的毒性成分双酯型生物碱遇水和长时间加热后易分解为单酯型生物碱,毒性仅为双酯型生物碱的1/4000~1/2000[38]。因此,建议进一步探索不同服药方式下的中药外源性有害物质和内源性有毒成分的转移规律,并应用于风险评估中。3)考虑到中药临床使用情况复杂,不同药物配伍、用药方式、用药周期、制剂剂型等对中药的风险均有一定的影响,建议进一步完善中药消费模式调查,结合相关临床因素,更加注重不同用药方式(如短期急症用药与长期用药)、用药人群、用药目的等数据的收集,明确药物、机体和临床用药等层面的关联性,获得符合我国国情和居民特点的更为精确的评估参数。
首先,考虑到不同人群或年龄阶段所经历的风险差异较大,多变性和随机性贯穿健康风险传递的全过程,导致中药健康风险评估具有不确定性和复杂性。概率风险评估以尽可能定量化表征风险评估中的不确定性和变异性对风险评估造成的影响为出发点,提供了暴露风险的范围和可能性的估计,避免了健康风险的高估或低估,促进风险管理和政府决策的改进[39-40]。因此,建议进一步探索符合中药使用特点的中药外源性有害物质和内源性有毒成分概率风险评估方法,更加科学、合理地评估相关风险。第二,考虑到人体同时或先后暴露于多种污染物可能引起更高或者更低的联合效应[41],WHO 国际化学品安全规划署(IPCS)已为混合化合物的风险评估制定了通用框架,强调不能忽视污染物联合暴露所产生的累积健康风险。建议进一步探索符合中药使用特点的中药外源性有害物质和内源性有毒成分累积风险评估方法,包括探索符合中药使用特点的累积风险评估决策树,并探索处在决策树高端的生理药代动力学模型(PBPK)方法,以期更好地推测毒害物质人体安全参考剂量范围,改善剂量反应评估及暴露评估方法的准确度和变异性,提高风险评估的可信度,同时减少动物消耗及检测成本和时间[42]。第三,建议构建中药外源性有害物质和内源性有毒成分风险-效益评价体系,包括建立符合中药使用特点的多准则决策分析模型,综合考虑中药的安全性和有效性等多种因素,基于多准则决策分析模型初步确定可能对效益和风险产生影响的因子,建立效益和风险指标的价值树,以所治疗疾病的性质、临床疗效、不良反应等因素为代表,分别按其严重程度、持续时间和发生率的高低,对各项指标分配权重,最后采用统一标准评分,得到风险-效益比,并指导相关限量的制定。
一方面,随着对中药安全风险的不断认识,考虑到内源性有毒成分活性和毒性并存的特殊性,建议逐渐形成毒性药材安全性数据库并体现中药安全风险的类别和级别。另一方面,通过近10 年的研究,药检系统及相关科研单位基于国家科技重大专项等课题、日常检验、药品评价性抽检工作已初步构建了万余批中药材中外源性有害残留物数据库,迫切需要将这些数据加以梳理、整合并进一步完善。建议继续积极建立和完善中药外源性有害物质和内源性有毒成分监测数据库,科学选取监测参数与检测标准,构建中药外源性有害物质和内源性有毒成分监测系统,预警可能出现的潜在安全风险,采用科学的风险评估方法识别高风险中药品种,为中药安全性监管政策的制定提供基础数据支撑。