人體物質(zhì)平衡（Mass balance）研究，或者稱為AME、ADME研究，是創(chuàng)新藥（新分子實體）的臨床藥理學(xué)研究中的一個重要的部分。通常來說，物質(zhì)平衡研究必須被作為新藥臨床研究的一部分以支持藥物上市申請，僅極少數(shù)特別情況可以無需進(jìn)行這項研究。

我們?yōu)槭裁匆�進(jìn)行人體物質(zhì)平衡研究？一方面是基于審評審查的需要，另一方面則是基于物質(zhì)平衡試驗的用途。通過物質(zhì)平衡試驗我們主要研究如下的一些問題：

• 研究物質(zhì)平衡，比較放射性給藥劑量和回收量

• 研究消除途徑和吸收程度

• 研究循環(huán)中和排泄物中的代謝產(chǎn)物

• 研究藥物的清除機(jī)制

• 研究原型和代謝產(chǎn)物的暴露度

• 驗證用于毒理學(xué)測試動物物種的合理性

• 探索代謝產(chǎn)物是否對藥理或毒理作用有影響

通過人體物質(zhì)平衡試驗可以了解這些問題的答案，這些信息有助于幫助我們后期臨床試驗的開展，給予我們一定的啟示。比如如果我們知道藥物的主要消除途徑的經(jīng)過腎臟，我們就需要開展相應(yīng)的特殊人群研究，指導(dǎo)腎功能不全人群的用藥；如果我們知道藥物經(jīng)由某個代謝酶代謝，我們就必須開展相應(yīng)的DDI研究以論 證合并用藥的安全性和有效性。

下面我將從三個不同的階段闡述物質(zhì)平衡試驗的操作：試驗前的準(zhǔn)備階段，臨床試驗階段，樣本處理和數(shù)據(jù)分析。

事實上，物質(zhì)平衡試驗在首次給藥前很久很久就已經(jīng)開始了，因為有太多的重點(diǎn)需要提前進(jìn)行決定。

根據(jù)FDA、ICH、CDE、ICRP指南及相關(guān)法規(guī)的要求，在開展人體物質(zhì)平衡試驗之前，需要在嚙齒類動物中開展定量全身放射自顯影技術(shù)（QWBA）以確定藥物在各個組織中的分布，是否存在放射性聚集在某一組織的情況，以及最重要的，計算人體對應(yīng)的放射性活度劑量。放射性安全的規(guī)定是按組織暴露來規(guī)定的，比如21 CFR 361.1中的規(guī)定，在特定組織如活躍造血?dú)夤堋⒕�狀體和性腺的最大暴露是30mSv，其他組織則是50mSv。ICRP第62號出版物中規(guī)定的對于社會有益處的Class IIa試驗所能接受的人體總組織暴露度（E）是1mSv。我國《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》指出，實踐中使公眾有關(guān)關(guān)鍵人群組的成員所受劑量不應(yīng)超過1mSv。所以如果沒有QWBA數(shù)據(jù)，我們就沒有辦法計算人體的放射性給藥劑量。在FDA2017-2019年批準(zhǔn)的化藥NME當(dāng)中，有77.4%的人體物質(zhì)平衡試驗給藥放射性劑量在35-200μCi之間，注意這里的單位是指放射性活度，應(yīng)和上面的組織暴露度區(qū)分開來。單個碳14標(biāo)記的化合物其比活度為60.22μCi/mmol，所以對于某分子質(zhì)量為500g/mol的藥物，如果我們設(shè)定的放射性活度是120μCi則藥物的放射性給藥劑量為1mg。對于人體暴露小于0.5μCi的微劑量試驗，一般不要求給出臨床劑量學(xué)研究報告（即QWBA等數(shù)據(jù)）。值得注意的是，給藥劑量的計算還需要根據(jù)我們檢測的方法學(xué)進(jìn)行調(diào)整，如果LLOQ很低，那么劑量可以相應(yīng)的下調(diào)，反之亦然。

確定了放射性給藥劑量，下一步就是進(jìn)行同位素標(biāo)記藥物的合成，這里涉及到兩個問題。第一個問題是放射性同位素的選擇，現(xiàn)在最常用的放射性同位素就是碳14，因為幾乎所有的新藥都含有碳14，而且它的半衰期很長，不需要進(jìn)行同位素半衰期的校正。另一個選擇是氚，氚作為同位素標(biāo)記的好處是合成方便且便宜，但是也有致命缺點(diǎn)，氚會和氫發(fā)生交換導(dǎo)致放射性流失。第二個問題是，同位素標(biāo)記的位置選擇。我們需要考慮幾個重點(diǎn)，首先是合成的難度，同位素標(biāo)記藥物的合成和非標(biāo)記的合成幾乎完全不同，一般來說需要花費(fèi)幾個月的時間進(jìn)行準(zhǔn)備，所以需要考慮這一點(diǎn)。另外，結(jié)合體外的代謝數(shù)據(jù)，同位素標(biāo)記應(yīng)該放置于代謝穩(wěn)定的碳原子上，即代謝后留存在較大的分子片段上，避免放射性流失進(jìn)入內(nèi)源性物質(zhì)或者通過代謝為二氧化碳被呼出。如果化合物本身經(jīng)由酯水解，酰胺水解，N-去烷基化被代謝為兩個較大的分子片段，則可能需要對每一個片段上都進(jìn)行同位素標(biāo)記，從而完整的追蹤藥物的體內(nèi)過程。

對于給藥的途徑，一般來說與既定的給藥途徑保持一致，不過在一些情況下也可同時開展口服和靜注的物質(zhì)平衡試驗以精確繪制消除機(jī)制。如果是吸入制劑，一般來說需要開展三周期的試驗，分別經(jīng)口，靜注同位素標(biāo)記的藥物并加上一個非標(biāo)記的吸入試驗。關(guān)于給藥的劑型，最完美的情況就是使用溶液劑，這是因為一般來說人體物質(zhì)平衡試驗的給藥劑量選用預(yù)計的藥理劑量或者是RP2D，所以往往需要將非標(biāo)記的藥物與標(biāo)記的藥物進(jìn)行混合以達(dá)到這個劑量水平，這主要考慮到不同劑量下藥物在體內(nèi)的行為可能不一致。既然我們需要混合非標(biāo)記和標(biāo)記的藥物，為了確保藥物的一致性，我們必須確保這兩者均勻混合，所以溶液劑一定是最好的選擇。當(dāng)然如果溶解度不允許我們使用溶液劑，也可與選擇混懸液或者松散填裝的膠囊，但這對我們藥物的均勻混合有更高的要求。一般來說可以在標(biāo)記藥物的生產(chǎn)過程中的溶液狀態(tài)下進(jìn)行混合，這樣在重結(jié)晶的時候就可以分布的更加均勻，以確保試驗的可靠性。一般來說，同位素標(biāo)記藥品的生產(chǎn)過程也需要遵守GMP的要求。

一般而言，人體物質(zhì)平衡研究的受試者選用健康成年男性，一方面考慮到放射性對女性生育功能的影響，另一方面也盡量減少差異性。當(dāng)研究藥物具有細(xì)胞毒性時，可以考慮選擇既定適宜癥的患者進(jìn)行研究。在受試者例數(shù)方面，最為常見的例數(shù)為6例，在FDA2017-2019年批準(zhǔn)的新藥當(dāng)中，61.8%的受試者數(shù)量為6例，總的來說基本在4-8例的范圍內(nèi)。如果前期研究提示PK參數(shù)變異性大，或者藥物代謝受代謝酶基因多態(tài)性影響較大，又或者檢測放射性低導(dǎo)致結(jié)果變異大等情況下，建議受試者例數(shù)為6-8例。如果沒有這些因素，4-6例受試者已經(jīng)足夠。

人體物質(zhì)平衡試驗一般為單劑量，單周期的試驗，當(dāng)使用加速器質(zhì)譜啟用的人體物質(zhì)平衡試驗（AMS-enabled），由于檢測方法靈敏性極高，所以可以采用微劑量研究（microdose），一般的放射性給藥劑量在0.1-1μCi。這一給藥劑量使得靜注的物質(zhì)平衡試驗成為可能，因為不需要考慮溶解度的問題。但考慮到檢測放射性的量大幅減少，即使AMS的檢測靈敏度很高，還是建議采取兩周期，雙交叉的試驗，兩周期分別以藥理劑量給藥非標(biāo)記的藥物合并極小劑量的口服或靜注的放射性標(biāo)記的藥物，這樣可以確保藥代動力學(xué)參數(shù)的參考價值。當(dāng)然，使用AMS作為檢測方法可能會大幅增加樣本準(zhǔn)備處理的時間，應(yīng)該同時予以考慮。多次給藥研究也在某些特殊情況下可以使用，比如與特定器官結(jié)合導(dǎo)致產(chǎn)生長期放射性危害的情況，可以考慮先非標(biāo)記藥物給藥以提前結(jié)合相關(guān)點(diǎn)位，再進(jìn)行標(biāo)記藥物的給藥，降低對受試者的傷害。

在人體物質(zhì)平衡試驗中，需要采集的樣本一般包括全血、血漿、尿液和糞便，在特別情況下，需要采集受試者的呼吸二氧化碳，采用一定的方法進(jìn)行固定（如氫氧化鋇或者乙醇胺）。血樣的采集一般參考前期試驗中獲得的PK參數(shù)，采血至5個半衰期左右。相比于一般的臨床藥理學(xué)試驗來說，采血時長應(yīng)相應(yīng)延長，這是考慮到可能有長半衰期代謝物的可能性。排泄物的收集一般需要滿足一定的條件，一般來說采集到168小時，不過應(yīng)考慮實際情況。需要滿足總的放射性回收率達(dá)到90%，或者連續(xù)兩天排泄物回收率小于1%。這就要求試驗進(jìn)行的同時，排泄物放射性的檢驗也要同步進(jìn)行，以獲得實時的放射性回收率。對于某些半衰期特別長的藥物，一般不建議將受試者一直留在機(jī)構(gòu)，通常的住院時間是7-10天。如果在這段時間沒有獲得足夠的放射性回收率，在前期已經(jīng)獲得了部分消除參數(shù)的情況下，可以讓受試者離開機(jī)構(gòu)，并在規(guī)定的時間回到機(jī)構(gòu)采集樣本，一般需要24-36小時。這樣我們可以通過消除參數(shù)進(jìn)行建模以補(bǔ)全未采集的放射性數(shù)據(jù)。一般來說，對于半衰期比較短的藥物來說，如果主要是尿液排泄，則7天一般足夠，如果糞便排泄占絕對主要的地位，建議延長到14天，因為必須排除是否是因為藥物本身并沒吸收的情況。對于半衰期長的藥物來說，除了上面說的定時回到機(jī)構(gòu)的設(shè)計外，也可以考慮將試驗時間延長到21天以充分收集樣本。無論那種情況，必須在試驗的方案當(dāng)中規(guī)定提前出組標(biāo)準(zhǔn)（比如連續(xù)兩個采樣周期<1%的放射性回收），以及延長試驗的方法說明（如住院、回到機(jī)構(gòu)或者在家采集）。

在試驗的過程中，應(yīng)注意排泄物樣本應(yīng)收盡收，避免遺漏放射性。受試者給藥必須進(jìn)行培訓(xùn)，當(dāng)給藥時出現(xiàn)滴漏，必須將滴漏處放射性按照適合的方法進(jìn)行收集，如滴落在織物上應(yīng)將織物剪下以評估放射性。在放射性安全方面，試驗開始前應(yīng)確定試驗場所的本底放射性，在試驗結(jié)束后，應(yīng)將試驗場所放射性恢復(fù)到本底水平。所有放射性廢棄物應(yīng)分開處理并相應(yīng)進(jìn)行標(biāo)注，防止意外的放射性暴露。

到目前為止我們已經(jīng)完成了臨床試驗操作的所有階段，收集了血漿、尿液和糞便樣品，下一期我將介紹如何進(jìn)行樣本處理以及分析、分析的結(jié)果又將為新藥臨床提供哪些支撐。

1. 王璐, 張澤茹,and 邵鳳."~(14)C標(biāo)記人體物質(zhì)平衡研究設(shè)計和結(jié)果簡介." 中國臨床藥理學(xué)雜志 37.05(2021):568-571. doi:10.13699/j.cnki.1001-6821.2021.05.018.

2. 王璐, 張澤茹,and 邵鳳."~(14)C標(biāo)記人體物質(zhì)平衡研究設(shè)計和結(jié)果簡介." 中國臨床藥理學(xué)雜志 37.05(2021):568-571. doi:10.13699/j.cnki.1001-6821.2021.05.018.

3. 孫魯寧, et al."創(chuàng)新藥人體物質(zhì)平衡與代謝研究同位素示蹤技術(shù)平臺建設(shè)的實踐與思考." 中國新藥雜志 30.17(2021):1570-1573. 

4. 國家藥品監(jiān)督管理局, “創(chuàng)新藥臨床藥理學(xué)研究技術(shù)指導(dǎo)原則”, 2021

5. 國家藥品監(jiān)督管理局, “藥物相互作用研究技術(shù)指導(dǎo)原則”, 2021

6. Penner, Natalia et al. "Human Radiolabeled Mass Balance Studies: Objectives, Utilities And Limitations". Biopharmaceutics & Drug Disposition, vol 30, no. 4, 2009, pp. 185-203. Wiley, https://doi.org/10.1002/bdd.661.

7. Roffel, A.F. et al. "An Evaluation Of Human ADME And Mass Balance Studies Using Regular Or Low Doses Of Radiocarbon". Journal Of Labelled Compounds And Radiopharmaceuticals, vol 59, no. 14, 2016, pp. 619-626. Wiley, https://doi.org/10.1002/jlcr.3473.

8. U.S. The Administrative Committee of the Federal Register. "Code Of Federal Regulations Title 21，Part 361． 1: Radioactive Drugs For Certain Research Uses". Ecfr.Gov, 2022, https://www.ecfr.gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-D/part-361/section-361.1.

9. U.S.  Department of Health and Human Services，F(xiàn)ood and Drug Administration，Center for Drug Evaluation and Research，Center for Biologics Evaluation and Research． The Radioactive Drug Research Committee: Human Research Without An Investigational New Drug Application, Aug 2010, https://www.fda.gov/media/76286/download, Accessed 19 Feb 2022.

10. ICRP, 1992. Radiological Protection in Biomedical Research. ICRP Publication 62. Ann. ICRP 22 (3).

11. Penner, Natalia et al. "Radiolabeled Absorption, Distribution, Metabolism, And Excretion Studies In Drug Development: Why, When, And How?". Chemical Research In Toxicology, vol 25, no. 3, 2012, pp. 513-531. American Chemical Society (ACS), https://doi.org/10.1021/tx300050f.

12. U.S. Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration, Center for Drug Evaluation and Research, Center for Biologics Evaluation and Research, Safety Testing of Drug Metabolites, Mar 2020, https://www.fda.gov/media/72279/download, Accessed 19 Feb 2022.

13.Spracklin,DouglasK.etal."Mini‐Review: Comprehensive Drug Disposition Knowledge Generated In The Modern Human Radiolabeled ADME Study". CPT: Pharmacometrics & Systems Pharmacology, vol 9, no. 8, 2020,pp.428-434.Wiley, https://doi.org/10.1002/psp4.12540.

14. Katyayan, Kishore et al. "Excretion, Mass Balance, And Metabolism Of [14C]LY3202626 In Humans: An Interplay Of Microbial Reduction, Reabsorption, And Aldehyde Oxidase Oxidation That Leads To An Extended Excretion Profile". Drug Metabolism And Disposition, vol 48, no. 8, 2020, pp. 698-707. American Society For Pharmacology & Experimental Therapeutics (ASPET), https://doi.org/10.1124/dmd.120.000009.

15. Liao, Mingxiang et al. "Evaluation Of Absorption, Distribution, Metabolism, And Excretion Of [14C]-Rucaparib, A Poly(ADP-Ribose) Polymerase Inhibitor, In Patients With Advanced Solid Tumors". Investigational New Drugs, vol 38, no. 3, 2019, pp. 765-775. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1007/s10637-019-00815-2.

16. Glaenzel, Ulrike et al. "Absorption, Distribution, Metabolism, And Excretion Of Capmatinib (INC280) In Healthy Male Volunteers And In Vitro Aldehyde Oxidase Phenotyping Of The Major Metabolite". Drug Metabolism And Disposition, vol 48, no. 10, 2020, pp. 873-885. American Society For Pharmacology & Experimental Therapeutics(ASPET), https://doi.org/10.1124/dmd.119.090324.