最近常常有同學問：對于一個新的化合物，我們已經在體外細胞或者離體器官上看到較好的藥效，下一步就要進行動物體內試驗，然而此時可以依據的往往僅有從細胞上的IC50數值，它可以外推到動物試驗的給藥劑量嗎？另外在設置給藥濃度時，我們看到大多數文獻都是以2倍系數遞增，這又是什么原理，是否可以適用于所有動物試驗呢？本期小編就把這些常見疑點總結了一下，統一為大家解答！

疑點1：體外細胞試驗數據真的可以估算出動物的給藥劑量？

案例：如果知道一個小分子化合物在體外試驗 (MTT) 對SGC7901細胞的IC50是20 µg/mL，現在需要做動物試驗，把SGC7901細胞接種到裸鼠身上，等到它們長出腫瘤塊之后進行灌胃給藥，那么應該如何確定這個動物試驗的給藥劑量呢？

分析：關于這個問題，目前還沒有明確的指導原則和公式進行參考。有人建議可以根據動物的體重、藥物的生物利用度來進行換算。如，裸鼠的體重為25 g，藥物的口服生物利用度為20%，細胞試驗IC50為20 µg/mL，血液占體重的比例為8%，則可以計算出該藥物在體內的EC50（有效中濃度）為0.2 mg，即給藥劑量為8 mg/kg。EC50的計算公式如下：

         

答案：但是筆者覺得這種外推方法的參考價值不大，因為體內的環境比較復雜，影響因素比較多。比如血漿蛋白結合率、靶器官（腫瘤）中的藥物濃度等對藥效的發揮起到關鍵的作用，不能忽略。因此這種換算方式并不值得借鑒。

那么問題來了，若細胞試驗數值不能直接換算到動物，對于一個新的化合物，且無參考數據的情況下，該如何確定給藥劑量呢？關于具體的試驗方法大家可以參考往期發表的一篇文章，如何確定動物試驗的給藥劑量？本期我們不再贅述！下面我們主要探討一下劑量設置時的倍數關系。

疑點2：為何文獻多用4:2:1來設計給藥梯度？

案例：通過查閱大量文獻，不難發現大多數文章中所報道的藥效學試驗一般都是三個劑量，即低、中、高濃度梯度（4:2:1），即按2倍遞增，如下圖為：檢測藥物MONCPT對異種移植瘤生長的影響，設置了5 mg/kg，10 mg/kg，20 mg/kg這3組濃度，究竟為何如此設置呢？這種設置方式適用所有動物試驗嗎？

圖1. MONCPT對人膀胱癌5637移植瘤的治療效果

分析1：首先理解濃度梯度設置的必要性

動物藥效試驗時，必須設置濃度梯度，目的是為了考察藥物的量效關系，為藥物的安全性和臨床用藥提供參考和指導。

量效關系：是指在一定范圍內，藥物的效應與血液中藥物的濃度成正相關，定量地分析與闡明兩者間的變化規律，有助于了解藥物作用的性質，得知藥物的起效濃度 (EC_min 及最大效應濃度 (EC_max)，如下圖為量反應的量效曲線所示：

圖2. 量反應的經典量效關系曲線

分析2：藥效劑量的設置常選倍數2的原因

我們通過參考經典藥物的量效曲線（如上圖）發現，在一定范圍內藥物濃度與藥效一般成正比關系，若按2倍遞增，多數藥物能夠做出量效曲線來，即低劑量在S曲線的下面拐點EC_min處，中劑量在EC₅₀處，高劑量在EC_max處。

但是有些時候并非這樣！如有些藥物的治療窗很窄（即最低有效劑量與最低中毒劑量接近），此時就應注意適當減小系數，因為在藥效學試驗中，劑量應控制在一個治療區域，即治療窗。

何為治療窗？

藥物濃度太低不產生治療效應（即＞最低有效濃度MEC），濃度太高則產生難以耐受的毒性（即＜最低中毒濃度MTC），在這兩個濃度之間限定一個合理治療區域，常稱為"治療窗"（或稱為治療范圍），它對評價一個新藥的安全性和有效性有非常重要的作用。如下圖為治療窗示意圖：

圖3. 藥物的治療窗示意圖

（非靜脈給藥，Cmax：達峰濃度；tmax：達峰時間）

治療窗比較窄：如已上市的茶堿類藥物、華法林、環孢霉素A、甲苯磺丁脲、地高辛等，其治療窗比較窄，我們應該適當縮小倍數，保證藥效試驗劑量在治療窗范圍內。

治療窗比較寬：對于某些藥物，治療窗比較大，也可增大系數，如按3.3倍或者5倍劑量遞增。另外對于釋放少的給藥方式，如透皮給藥，此時系數會大一點。

通過上述描述，我們可以看到，只要拿到藥物的治療窗數據，就可以初步確定濃度范圍，進行給藥劑量的設置。那治療窗數據如何獲取呢？主要包括2個點：

• 最低中毒劑量MTD：指給藥后，產生強烈作用或者有害作用時的最小劑量。如一個未知藥物的大鼠PK試驗，低劑量可以從0.01 mg/kg開始，按照10倍的關系遞增，依次設置給藥劑量為0.1 mg/kg，1 mg/kg，10 mg/kg，每組2只大鼠。在試驗過程中注意觀察大鼠的行為動態，如果高劑量組 (10 mg/kg) 出現萎靡不振、抽搐或其他異常行為，說明該劑量對大鼠有明顯的毒副作用，體內藥物濃度可能已超過最小中毒濃度，在正式試驗時應將該劑量組舍棄。

• 最低有效劑量MED：指絕大多數受試對象發揮生理功效的最低劑量。同樣地，藥效學試驗也可以參考這個例子進行預試驗。需要注意的是控制在最低毒性范圍之內。

總結一下本期內容：

1. 由于動物體內環境復雜，因此不建議用體外細胞試驗數據估算動物的給藥劑量；

2. 進行藥效試驗時必須設置濃度梯度，這樣可以作出量效關系，為指導臨床用藥作參考，藥效試驗時，盡量地把量效關系作出來；

3. 給藥梯度一般會按2倍系數遞增，但也有特殊情況，需要結合藥物治療窗來最終確定，治療窗窄的，需要縮小系數；

4. 在實際的試驗時，我們很少一下子就找到了有效劑量或合適的劑量，因此應該多設定幾個劑量組。建議先設置3-5個給藥劑量組，每組2-3只動物，每個劑量組之間的劑量可以按照5倍或者10倍遞增（基本上可以涵蓋大多數藥物的治療窗）。通過預試驗得到一些初步的結果，然后再據此進行調整。一般2~4次可達到預期劑量；如出現中毒現象，則應減少劑量再次試驗。