人體物質平衡（Mass balance）研究，或者稱為AME、ADME研究，是創新藥（新分子實體）的臨床藥理學研究中的一個重要的部分。通常來說，物質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，僅極少數特別情況可以無需進行這項研究。

我們為什么要進行人體物質平衡研究？一方面是基于審評審查的需要，另一方面則是基于物質平衡試驗的用途。通過物質平衡試驗我們主要研究如下的一些問題：

• 研究物質平衡，比較放射性給藥劑量和回收量

• 研究消除途徑和吸收程度

• 研究循環中和排泄物中的代謝產物

• 研究藥物的清除機制

• 研究原型和代謝產物的暴露度

• 驗證用于毒理學測試動物物種的合理性

• 探索代謝產物是否對藥理或毒理作用有影響

通過人體物質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過腎臟，我們就需要開展相應的特殊人群研究，指導腎功能不全人群的用藥；如果我們知道藥物經由某個代謝酶代謝，我們就必須開展相應的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平衡試驗的操作：試驗前的準備階段，臨床試驗階段，樣本處理和數據分析。

事實上，物質平衡試驗在首次給藥前很久很久就已經開始了，因為有太多的重點需要提前進行決定。

根據FDA、ICH、CDE、ICRP指南及相關法規的要求，在開展人體物質平衡試驗之前，需要在嚙齒類動物中開展定量全身放射自顯影技術（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，計算人體對應的放射性活度劑量。放射性安全的規定是按組織暴露來規定的，比如21 CFR 361.1中的規定，在特定組織如活躍造血氣管、晶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《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》指出，實踐中使公眾有關關鍵人群組的成員所受劑量不應超過1mSv。所以如果沒有QWBA數據，我們就沒有辦法計算人體的放射性給藥劑量。在FDA2017-2019年批準的化藥NME當中，有77.4%的人體物質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，應和上面的組織暴露度區分開來。單個碳14標記的化合物其比活度為60.22μCi/mmol，所以對于某分子質量為500g/mol的藥物，如果我們設定的放射性活度是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研究報告（即QWBA等數據）。值得注意的是，給藥劑量的計算還需要根據我們檢測的方法學進行調整，如果LLOQ很低，那么劑量可以相應的下調，反之亦然。

確定了放射性給藥劑量，下一步就是進行同位素標記藥物的合成，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，不需要進行同位素半衰期的校正。另一個選擇是氚，氚作為同位素標記的好處是合成方便且便宜，但是也有致命缺點，氚會和氫發生交換導致放射性流失。第二個問題是，同位素標記的位置選擇。我們需要考慮幾個重點，首先是合成的難度，同位素標記藥物的合成和非標記的合成幾乎完全不同，一般來說需要花費幾個月的時間進行準備，所以需要考慮這一點。另外，結合體外的代謝數據，同位素標記應該放置于代謝穩定的碳原子上，即代謝后留存在較大的分子片段上，避免放射性流失進入內源性物質或者通過代謝為二氧化碳被呼出。如果化合物本身經由酯水解，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行同位素標記，從而完整的追蹤藥物的體內過程。

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平衡試驗以精確繪制消除機制。如果是吸入制劑，一般來說需要開展三周期的試驗，分別經口，靜注同位素標記的藥物并加上一個非標記的吸入試驗。關于給藥的劑型，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平衡試驗的給藥劑量選用預計的藥理劑量或者是RP2D，所以往往需要將非標記的藥物與標記的藥物進行混合以達到這個劑量水平，這主要考慮到不同劑量下藥物在體內的行為可能不一致。既然我們需要混合非標記和標記的藥物，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。一般來說可以在標記藥物的生產過程中的溶液狀態下進行混合，這樣在重結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，同位素標記藥品的生產過程也需要遵守GMP的要求。

一般而言，人體物質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。當研究藥物具有細胞毒性時，可以考慮選擇既定適宜癥的患者進行研究。在受試者例數方面，最為常見的例數為6例，在FDA2017-2019年批準的新藥當中，61.8%的受試者數量為6例，總的來說基本在4-8例的范圍內。如果前期研究提示PK參數變異性大，或者藥物代謝受代謝酶基因多態性影響較大，又或者檢測放射性低導致結果變異大等情況下，建議受試者例數為6-8例。如果沒有這些因素，4-6例受試者已經足夠。

人體物質平衡試驗一般為單劑量，單周期的試驗，當使用加速器質譜啟用的人體物質平衡試驗（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記的藥物合并極小劑量的口服或靜注的放射性標記的藥物，這樣可以確保藥代動力學參數的參考價值。當然，使用AMS作為檢測方法可能會大幅增加樣本準備處理的時間，應該同時予以考慮。多次給藥研究也在某些特殊情況下可以使用，比如與特定器官結合導致產生長期放射性危害的情況，可以考慮先非標記藥物給藥以提前結合相關點位，再進行標記藥物的給藥，降低對受試者的傷害。

在人體物質平衡試驗中，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，采血至5個半衰期左右。相比于一般的臨床藥理學試驗來說，采血時長應相應延長，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，不過應考慮實際情況。需要滿足總的放射性回收率達到90%，或者連續兩天排泄物回收率小于1%。這就要求試驗進行的同時，排泄物放射性的檢驗也要同步進行，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構，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，在前期已經獲得了部分消除參數的情況下，可以讓受試者離開機構，并在規定的時間回到機構采集樣本，一般需要24-36小時。這樣我們可以通過消除參數進行建模以補全未采集的放射性數據。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構的設計外，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中規定提前出組標準（比如連續兩個采樣周期<1%的放射性回收），以及延長試驗的方法說明（如住院、回到機構或者在家采集）。

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

到目前為止我們已經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行樣本處理以及分析、分析的結果又將為新藥臨床提供哪些支撐。

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