单次给药毒性试验概述（啮齿类与非啮齿类）
1. 定义与目的
单次给药毒性试验（Single Dose Toxicity Study），也称急性毒性试验（Acute Toxicity Study），是指动物在24小时内单次或多次（通常间隔不超过数小时）接受受试物后，观察其短期内（通常14天）产生的毒性效应的研究。其核心目的并非仅寻求致死剂量，而在于：
- 识别潜在毒性靶器官： 发现药物可能损害的器官系统。
- 描述剂量-毒性关系： 了解毒性效应的严重程度和发生率如何随剂量变化。
- 估算致死剂量范围（如适用）： 包括近似致死剂量（Approximate Lethal Dose, ALD）、最小致死剂量（Minimum Lethal Dose, MLD）和剂量-反应斜率。
- 确定最大耐受剂量（Maximum Tolerated Dose, MTD）： 动物能够耐受而不产生明显不可逆毒性损伤的最高剂量。
- 为重复给药毒性试验剂量设计提供依据： 设定起始剂量、剂量范围和可能的靶器官监测重点。
- 评估临床不良反应的潜在性： 为首次人体试验（FIH）的安全性评估提供参考。
- 指导临床给药途径选择： 特别是当临床拟用途径与常规途径不同时。
2. 动物种属选择
试验通常要求在两种哺乳动物中进行，其中一种为非啮齿类，以评估潜在的种属差异：
- 啮齿类动物 (Rodents):
- 首选：大鼠 (Rat) 或小鼠 (Mouse)。 应用最广泛，具有成本低、繁殖快、背景数据丰富等优势。
- 选择依据： 药效学/药代动力学相关性、可用性、品系背景数据、大小易于操作等。
- 非啮齿类动物 (Non-Rodents):
- 首选：比格犬 (Beagle Dog) 或非人灵长类动物 (Non-Human Primate, NHP, 如食蟹猴、恒河猴)。
- 选择依据： 与人类的生理/代谢相似性、药效学/药代动力学相关性、可用性、大小。犬是常用选择；当药理活性或代谢特征表明灵长类更适合时则选用NHP（成本更高，伦理考量更多）。
3. 试验设计要点
- 给药途径 (Route of Administration):
- 必须包括预期的临床给药途径。 如果临床有多个可能途径，需选择最相关和/或风险最高的途径进行评价。
- 常见途径： 口服（灌胃、胶囊）、静脉注射、皮下注射、肌肉注射、腹腔注射、皮内注射、经皮、吸入等。途径不同，吸收、代谢和潜在毒性可能显著不同。
- 剂量水平与组数 (Dose Levels and Groups):
- 通常设置3个或以上的剂量组（高、中、低）和一个溶剂/赋形剂对照组。
- 高剂量目标： 应足以产生明显的毒性症状（如严重不适、体重下降>10%）或死亡（部分动物），以充分暴露毒性特征和确定MTD或致死剂量范围。
- 中、低剂量： 旨在观察到毒性反应的起始剂量（最小毒性剂量）和/或无可见不良反应剂量（No Observed Adverse Effect Level, NOAEL）。
- 限度试验 (Limit Test)： 如果根据受试物性质（如生物制品、低毒化合物）或已有信息预期毒性很低，可采用限度试验。通常使用一个高剂量（如2000 mg/kg 体重口服或注射途径500 mg/kg）和对照组。该剂量下若无死亡或严重毒性，则无需更高剂量测试。
- 剂量间距： 通常采用几何等比级数（如2倍或√10倍递增），以保证产生不同程度的毒性反应。
- 动物数量与性别 (Number of Animals and Sex):
- 啮齿类：通常每个剂量点/性别至少5只动物。
- 非啮齿类：通常每个剂量点/性别至少2-3只动物（受伦理和成本限制）。
- 通常需包含两种性别动物。 仅在充分理由下（如特定性别疾病模型）才使用单一性别。
- 观察期 (Observation Period):
- 至少14天。 这是标准要求，因为有些毒性反应（如迟发性神经毒性、某些器官损伤）可能不会在给药后立即显现。
- 给药当天： 密切监测（如给药后第1小时内每10-30分钟观察一次，之后间隔观察）。
- 第1-7天： 每天至少进行一次详细的体格检查和临床观察。
- 第8-14天： 每天至少进行一次一般状况观察。
- 任何濒死或死亡的动物均应及时进行解剖检查。
4. 观察指标 (Parameters)
- 临床症状 (Clinical Signs):
- 详细记录： 包括发生时间、严重程度、持续时间。
- 内容： 行为（活动水平、刻板行为、兴奋/抑制）、神经系统（震颤、抽搐、麻痹、共济失调、反射）、自主神经系统（瞳孔大小、流涎、流泪、竖毛）、呼吸系统（速率、模式、呼吸困难）、心血管系统（粘膜颜色、毛细血管再充盈时间）、消化系统（呕吐、腹泻、粪便性状）、泌尿系统（尿量、颜色）、皮肤和被毛状况、眼部检查（浑浊、分泌物）、死亡等。
- 体重变化 (Body Weight Changes):
- 关键指标： 给药前、给药后定期（如第1、2、3、4、7、10、14天）称重。
- 体重下降是毒性反应的敏感指标，下降幅度和持续时间反映毒性严重程度。
- 摄食量 (Food Consumption): 定期测量，常在体重称量同期进行，辅助解释体重变化。
- 眼科检查 (Ophthalmoscopy): 通常在给药前和观察期末（或濒死时）对非啮齿类动物（有时也对啮齿类）进行。
- 体温 (Body Temperature)： 必要时监测（尤其怀疑影响体温调节时）。
- 心电图 (ECG)： 对非啮齿类动物（有时对麻醉啮齿类）给药前后进行，评估心脏毒性。
- 临床病理学 (Clinical Pathology)： 通常在观察期末（第14天或濒死/安乐死时）进行。
- 血液学： 红细胞系（RBC, HGB, HCT）、白细胞系及分类计数（WBC, NEU, LYM...）、血小板计数（PLT）、凝血功能（PT, APTT）。
- 血清生化学： 肝功（ALT, AST, ALP, GGT, TBIL, ALB, TP）、肾功（BUN, CREA, GLU）、电解质（Na+, K+, Cl-, Ca2+）、血脂（CHOL, TRIG）、肌肉损伤标志物（CK, LDH）。
- 尿液分析： 外观、比重、pH、蛋白、葡萄糖、酮体、潜血、沉渣镜检。
- 大体解剖 (Gross Necropsy):
- 所有动物： 包括试验结束时安乐死的动物、濒死处死的动物和死亡动物。
- 全面检查： 体表、体腔、所有脏器（颅腔、胸腔、腹腔、盆腔）的位置、大小、形态、颜色、质地、内容物有无异常。
- 器官称重 (Organ Weight):
- 关键器官： 通常包括脑、心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏、肾上腺、胸腺、睾丸/附睾、子宫/卵巢。有时根据受试物性质增加（如甲状腺、前列腺）。
- 计算脏器系数： 器官重量与体重（或脑重）的比值。
- 组织病理学检查 (Histopathological Examination):
- 高剂量组和对照组： 所有动物的主要器官通常需进行镜下检查。
- 中、低剂量组： 若在高剂量组发现病变，则需对这些剂量组相应的器官进行检查以评估剂量-反应关系。
- 所有肉眼可见病变和组织： 必须进行镜检。
- 核心器官列表: 通常包括脑（代表性区域）、脊髓、垂体、甲状腺、胸腺、肺、心脏、主动脉、肝脏、脾脏、肾脏、肾上腺、胰腺、胃、小肠、大肠、淋巴结、膀胱、睾丸/附睾、前列腺、子宫/卵巢、骨髓涂片/切片、视神经/视网膜（若有眼科异常）、给药局部组织（若有局部给药）。
5. 结果分析与解释
- 汇总数据： 详细描述各组动物的死亡率、临床症状（类型、发生率、严重度、时间过程）、体重和摄食量变化、临床病理学异常、大体解剖异常、脏器系数改变、组织病理学发现。
- 确定关键剂量：
- 近似致死剂量 (ALD)： 估计引起动物接近死亡但不完全致死的剂量。
- 最小致死剂量 (MLD)： 引起个别动物死亡的剂量。
- 半数致死剂量 (LD50 - 若计算)： 导致50%动物死亡的剂量（精确计算需更多动物和统计学方法，现代更注重毒性特征描述而非精确LD50）。
- 最大耐受剂量 (MTD)： 不引起动物死亡或不可接受毒性的最高剂量。
- 最小毒性剂量 (MTD)： 出现可观察到的明显毒性反应的最低剂量。
- 无可见不良反应剂量 (NOAEL)： 未观察到与受试物相关的不良反应的最高剂量。
- 识别靶器官毒性： 综合分析所有数据，确定主要受损的器官系统。
- 毒性反应的可逆性： 根据观察期内症状和病理变化的恢复情况评估。
- 性别差异： 比较不同性别动物对毒性的敏感性。
- 种属差异： 比较啮齿类和非啮齿类动物的反应差异，这对于预测人体反应至关重要。
6. 报告与GLP合规性
- 单次给药毒性试验是药物非临床安全性评价的基石，通常要求在严格遵守良好实验室规范 (Good Laboratory Practice, GLP) 的机构中进行。这确保了试验数据的质量、可靠性和可追溯性。
- 试验结果需撰写成详尽的最终报告，包含所有试验细节、原始数据、统计分析结果、结论，并成为申报药物临床研究（如IND/CTA）或上市申请（如NDA/MAA）的重要组成部分。
7. 意义与局限性
- 意义： 提供受试物早期安全性的重要轮廓，是后续更复杂的重复给药毒性试验、生殖毒性试验、致癌性试验等设计的基础，并为首次人体试验的风险评估提供关键数据。
- 局限性：
- 短期试验无法评估长期或慢性毒性。
- 动物模型对人体毒性的预测性并非完美，存在种属差异（代谢、受体分布等）。
- 某些毒性（如神经系统迟发性损伤、免疫毒性、遗传毒性）可能需要更专门的试验来评估。
- 观察到毒性反应的剂量水平通常远高于后续临床试验中拟用的剂量（尤其是在NOAEL的基础上应用安全系数后）。
总结：
单次给药毒性试验（啮齿类和非啮齿类）是评估药物或其他化学物质急性毒性的核心研究。它通过精心设计的剂量方案、规范的给药途径、详细的临床和病理学观察，系统地揭示受试物在短期内可能产生的毒性效应、确定关键毒性剂量（如MTD, NOAEL）和识别潜在靶器官。这些结果为药物的后续开发（尤其是首次人体试验的剂量设计和安全性监护方案的制定）提供了不可或缺的科学依据，同时也满足了药品监管机构对非临床安全性评价的基本要求。尽管存在种属差异预测性的固有局限，其在药物安全性评价链条中的基础性地位不可替代。试验的实施必须严格遵循GLP原则以确保数据质量。
注： 本文概述了经典的单次给药毒性试验的设计与执行要点。对于一些特殊类型的药物（如生物技术产品、基因治疗产品），可能需要调整试验策略（例如考虑免疫原性、种属特异性）。现代理念更倾向于获取详细的毒性特征信息，而非过度聚焦于LD50的计算。