對于化學藥物，在活性藥物成分生產過程中，一些起始物料（Starting Material）、中間體（Intermediate）、試劑（Reagent）和反應副產物（Byproduct）不可避免地作為雜質存在于最終產品中，藥物的安全性不僅取決于藥物本身的毒性情況，也與其所含有的雜質密不可分。

2017年6月，國家食品藥品監督管理總局加入ICH（國際人用藥品注冊技術協調會），標志著我國在藥品安全方面正式與國際接軌，并在2020年版的《中國藥典》中增加了“遺傳毒性雜質控制指導原則”（指導原則9306），自此，國內監管機構對遺傳毒性雜質研究與控制的關注程度日益提高。

遺傳毒性雜質 

根據中國藥典，遺傳毒性雜質是指能引起基因毒性的雜質，包括致突變雜質和其他類型的致DNA損傷雜質。

致突變雜質（Mutagenic Impurity）指在較低水平時也有可能直接引起DNA損傷，導致DNA突變，從而可能引發癌癥的遺傳毒性雜質。

DNA即脫氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid），是生物細胞內含有的四種生物大分子之一核酸的一種。DNA共有三級結構，其一級結構是指四種核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列順序，通過磷酸二酯鏈接形成的多核苷酸，由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，又可稱為堿基順序。DNA的一級結構決定其高級結構，高級結構又決定和影響一級結構的功能。

致突變性研究 

在19世紀70年代Elizabeth C. Miller和James A. Miller對化合物致癌機理深入研究的基礎上，提出來注明的化合物致癌的“親電理論”，理論認為DNA的親和活性基團主要有堿基上的氮、堿基上的氧、堿基上特定位置的碳一級磷酸酯骨架，這些位點與親電試劑發生反應而產生不可逆的變化，從而引起基因突變，而基因突變是誘發癌癥的重要原因。

附圖1 組成DNA的四種堿基結構

（圖片源自：王文娟，盛卸晃等，化學合成堿基對及其DNA結構性能研究新進展，山東師范大學學報（自然科學版），Vol.33 No.3 (2018) 253-264）

在Miller夫婦的理論研究之后，Bruce Ames博士在1975年提出并在1983年完善了致突變物的測試方法，即細菌回復突變實驗（Bacterial Reverse Mutation Assay,也稱Ames試驗），本試驗包含鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗和大腸桿菌細菌回復突變試驗。

該理論和試驗方式起初由Ames等人對已知致癌的300個化合物使用該方法進行驗證，后有多位科學家對該方法進行了驗證，包括Purchase（Imperial Chemical Industries）、Sugimura（National Cancer Center Research Institute）、Bartsch（International Agency for Research on Cancer）等，以上驗證研究中所包含的化合物雖有所重復，但是研究結果顯示：接近90%的致癌物顯示具有致突變性。

在Miller夫婦所提出“親電理論”的基礎之上，John Ashby等在19世紀80年代提出了致癌性的警示結構概念（Structural Alert），其理論基礎是具有相關功能基團或亞結構特征的化合物，可以進攻或修改DNA進而導致產生多種癌癥。

John Ashby在對222個已經過NTP（National Toxicology Program）在大鼠和小鼠上研究確認的致癌物進行評估的基礎上，評估每個化合物的警示結構片段以及Ames試驗的致突變性結果和致癌性試驗結果之間的關系。

研究結果顯示，含有警示結構片段的化合物與Ames陽性試驗結果的相關性約為90%。

附圖2 John Ashby提出的包含各警示片段結構虛擬致癌物結構

（圖片源自：John Ashby, Fundamental Structural Alerts to Potential Carcinogenicity or Non-carcinogenicity, Environmental Mutagenesis 7:919-921 (1985).）

在Ashby等人相關研究的基礎上，Romualdo Benigni和Cecilia Bossa等人在已知的4337個化合物致突變試驗結果和1189個化合物致癌性試驗結果的基礎上，歸納總結了如下具有潛在風險的結構特征：

附圖3 Benigni等人整理的警示結構片段

（圖片源自：Romualdo Benigni, Cecilia Bossa, Structure alerts for carcinogenicity, and the Salmonella assay system: A novel insight through the chemical relational databases technology, Mutation Research, 659 (2008) 248-261.）

研究者Benigni等人在對相關致癌/致突變的警示結構片段歸納總結后，結合權威數據庫約900個化合物的致癌性/致突變性結果，從靈敏度、專屬性和準確度三個緯度對警示結構的假設進行了驗證，結果顯示：

對于致突變性預測，Benigni理論的驗證得分為72%至85%，Ashby理論的驗證得分為74%至82%；對于致癌性預測，Benigni理論的驗證得分為64%至74%，Ashby理論的驗證得分為64%至69%。

結果表明，以上兩種警示結構的匯總，均可對于潛在遺傳毒性雜質的識別起到重要作用，對化學藥物研發過程中潛在雜質的風險評估和質量控制起到非常重要的價值。

化學藥物的雜質研究 

對化學藥物的雜質研究，要從其合成工藝入手，結合工藝過程中的試劑、溶劑等信息，綜合考慮每步化學反應的反應機理及潛在的副反應，梳理反應過程中有潛在產生可能的雜質，再結合目前已有的相關警示結構信息，識別其中有潛在遺傳毒性風險的雜質。

在對相關雜質進行梳理和識別的基礎上，結合QSAR預測及文獻檢索、數據評價等手段，對相關雜質制定適宜的研究和控制策略，確保相關藥品的安全性和有效性，以符合監管部門日益提高的審評要求。