丙二醇非临床安全性研究综述

审评四部审评八室  王庆利

    【摘要】丙二醇广泛应用于制药、食品和化妆品工业中，但对于丙二醇摄入的安全范围，国内外均无明确规定。国外从上世纪三十年代开始至今，对丙二醇安全性进行了深入的研究，包括急性毒性、长期毒性、局部安全性、遗传毒性、生殖毒性、致癌性以及药代动力学等方面。本文对国外丙二醇安全性研究结果进行总结分析，供新药非临床及临床研究评价参考。
    【关键词】丙二醇；非临床安全性；急性毒性；长期毒性；遗传毒性；生殖毒性；致癌性
   
    丙二醇（1,2-二羟基丙烷，Propylene Glycol，1,2-Dihydroxypropane)，广泛应用于制药、食品和化妆品工业中，在药剂中常用作溶剂、潜溶剂、润湿剂、保湿剂、防腐剂等。在不同的制剂中，丙二醇的用量差别较大，在注射剂中可到60%[1]。对于人体丙二醇摄入的安全范围，国内外均无明确规定。国外从上世纪三十年代开始至今，对丙二醇安全性进行了深入的研究，积累了大量的资料，已经发表的相关安全性研究文献有160多篇[2]。现对国外丙二醇安全性研究结果进行总结分析，供新药非临床及临床研究评价参考。
    1 单次给药毒性研究
    在小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、犬等动物种属中进行了多种给药途径的单次给药毒性试验。在所有动物种属中出现的急性毒性症状包括失衡、活动减少、痛觉消失、昏迷、死亡。经口给药后，死亡动物大体剖检可见小肠出血。显微检查可见肾脏出现轻微改变，包括核固缩、空泡变性，皮质肾小管可见蛋白碎片。此外可见肝脏轻度充血。这些试验大多数是较早期进行的，基本采用了经典的半数致死量（LD50）法，由于LD50存在多种不确定因素[3]，因此得到的数据差别较大。但大多数LD50值超过了5 g/kg的限度剂量，基本提示了丙二醇急性毒性的相对安全性。
    2 重复给药毒性
    CD大鼠，掺食法给予丙二醇6250、125000、25000、50000 ppm，每天1次，连续104周。结果：试验过程中未见动物死亡，动物外观及行为未见明显异常。雌雄动物均可见剂量相关性的体重降低趋势，但摄食量及体重增量未见显著改变。不同时间点的血液学检查未见明显异常。病理学检查可见给药组动物及对照组动物均出现多种异常，包括肾脏、肝脏、肺脏。认为上述异常改变为老年大鼠常见现象，与给药无关。
    Beagle犬掺食法给予丙二醇0、2000、5000 mg/kg/天，并设有等热量对照组（葡萄糖掺食法给予2540、6350 mg/kg），连续104周。白细胞分类计数或红细胞脆性未见给药相关异常。在高剂量下给药6、12个月后可见总红细胞计数、血红蛋白、红细胞压积非显著性升高，试验结束时显著降低。给药23个月时平均网织红细胞计数显著降低，试验结束时有核红细胞百分率、红细胞不均与异型红细胞程度较高。上述异常雌性动物相对高于雌性动物。尿液检查可见高剂量组动物尿量间歇性增加。临床化学检查可见高剂量组动物总胆红素非显著性升高。病理学检查可见高剂量组雌性动物骨髓活性轻微升高，但给药组、对照组及等热量对照组损伤的严重程度与发生率相当。认为骨髓活性改变是生理性改变。毒代动力学分析显示，血清中丙二醇浓度随剂量增加而增加，在浓度为5000 mg/kg/天时，约0.1% V/V（最高0.2%）。上述结果提示，在丙二醇以8%掺食法给药连续2年未见明显的不良影响，NOAEL为2000 mg/kg/天，LOAEL（红细胞影响）为5000 mg/kg/天。
    恒河猴吸入法给予丙二醇，浓度为0、100～220、230～350 mg/m3，连续12个月。结果可见，与对照组比较，给药组动物红细胞轻微增加、血红蛋白含量显著增加，但体重及尿液检查未见异常。病理学检查可见肺部有肺螨感染及巨噬细胞浸润。未见膀胱及肾脏结石。肝脏、肾脏、脾脏、肠系膜腺体、肾上腺剖检及显微检查未见异常。
    3 局部安全性
    3.1 皮肤刺激性
    新西兰兔（n = 6）皮肤给予未稀释丙二醇0.5 ml，给药后24、72小时评估刺激性。结果可见平均皮肤刺激性积分为0.1（积分为2.0定义为“轻度或无刺激性），提示单次给药时刺激性较小。
    3.2 眼刺激性
    新西兰兔（n = 6）结膜囊给予未稀释丙二醇0.1 ml，采用Draize评分系统于给药后4、24、48、72、96小时进行评估。各时间点均未见结膜水肿、角膜浑浊或角膜表面损伤。在给药后4小时结膜充血积分为1.1（最大值为3），随后逐渐降低，于96小时时完全恢复。虹膜仅在给药后24小时积分为0.3（最大值为2）。提示在试验条件下丙二醇可致轻度的、可逆的眼刺激性。
    3.3 致敏性
    104名志愿者两肩甲骨间皮肤作为给药区域。将0.2 ml以水50%稀释的丙二醇置于2.5 cm×2.5 cm吸收垫上，覆以半封闭膜。然后贴附于受试部位，24小时后除去，每周3次，共9次，此为诱导期。末次给药后2周，在临近诱导区域的未给药的部位贴附进行攻击，24小时后除去。上述过程中不同时间点进行刺激性、致敏性评估。上述过程中有少数志愿者出现局部发红。结论认为在试验条件下不具致敏性。
    另有研究显示[4]，以20%的丙二醇水溶液进行贴剂试验，在45138受试者中2.3%出现阳性结果，2.4%结果可疑，0.6%的受试者出现刺激反应。结论认为丙二醇对完整皮肤的致敏性较低。
    3.4 溶血性
    体外研究显示[5]，丙二醇溶液可引起家兔及人红细胞全溶血，而某些盐可抑制丙二醇的溶血作用。如在5～30%的丙二醇中加入0.46～0.49%或0.9%的氯化钠，可防止家兔红细胞溶血；在5～40%的丙二醇中加入0.37～0.41%的氯化钠可防止人红细胞溶血。在丙二醇浓度≥50%时，加入氯化钠则不能防止溶血。
    在体研究显示，家兔单次静脉注射给予丙二醇4、5 ml/kg，可见溶血、血红蛋白管形和肾脏脱色。
    4 遗传毒性研究
    丙二醇 Ames试验、人淋巴细胞染色体畸变试验、细胞遗传学试验、V79细胞DNA损伤与修复试验、细胞转化试验、姐妹染色体交换试验大鼠显性致死试验、微核试验结果均为阴性。
    5 生殖毒性研究
    CD-1小鼠自交配天7天至交配开始后98天连续掺水法给药，约相当于1800、4800、10100 mg/kg/天。结果未见给药相关的影响。Wistar大鼠、CD-1小鼠于妊娠6～15天灌胃给予丙二醇16、74.3、345、1600 mg/kg/天。结果未见给药相关异常，母体毒性与致畸毒性的NOAEL均为1600 mg/kg/天。Dutch-belted家兔于妊娠第6～18天灌胃给予丙二醇12.3、57.1、267、1230 mg/kg/天，结果未见给药相关明显异常。
    6 致癌性研究
    雌性Swiss小鼠，背部脱毛6.25 cm2，将以丙酮稀释或未稀释的原液滴到皮肤上（相当于2、10、21 mg/鼠/次），每周2次，自7周龄开始给药直至自然死亡。结果可见，与对照组比较未见异常。CD大鼠掺食法给予丙二醇6250、12500、25000、50000 ppm，每天1次，连续104周。结果可见大多数雌性动物出现高发生率的乳腺纤维腺瘤和垂体腺瘤，但给药组与对照组间无显著差异，未见剂量依赖性，因此认为是自发性改变。
    7 药代/毒代动力学研究
    雄性Wistar大鼠（100～120 g）禁食过夜，经口给予丙二醇367～5881 mg/kg，给药后0.08～24小时不同时间点取血。结果显示丙二醇自肠道吸收与自血液清除呈一级动力学过程。
    10名成人与4名儿童经直肠给予丙二醇分别8.64 g和173 mg/kg。成人与儿童的Tmax分别为1.5、1.0小时，Cmax分别为199、171 mg/L，末端半衰期分别为2.8、2.6小时，总清除率（CL/F）分别为0.20、0.21 L/h/kg，表观分布容积分别为0.79、0.77 L/kg。上述结果初步提示直肠给药后吸收良好，成人与儿童的体内行为基本相同。
    在癌症患者进行的细胞生长抑制剂的I期临床试验中，研究了丙二醇静脉注射给药的药代动力学。丙二醇给药量为5100～7700 mg/天，连续给药5天（3名受试者）或13000～21000 mg/次，每周1次，连续3周（3名受试者）。测定了给药前、给药过程中、下次给药前的静脉血液pH、乳酸、血清渗透压、结合珠蛋白、自由血红蛋白水平。结果显示给药后上述指标未见明显改变。结论认为丙二醇的清除符合一级动力学，平均末端半衰期为2.3±0.7小时，7700 mg/输注4小时/天连续给药5次未见蓄积，未见溶血及对红细胞的影响。
    人体研究显示丙二醇吸收入血后，部分以原形自尿液排出，部分代谢为乳酸与丙酮酸，也可与葡萄糖醛酸结合。
    8 总体评价
    动物经不同途径给予丙二醇后，暴露量呈剂量依赖性。成人与儿童体内的代谢行为基本相似，其清除呈一级动力学特征，末端半衰期2～3小时，部分以原形自尿液排出，部分代谢为乳酸与丙酮酸，也可与葡萄糖醛酸结合。
    在多种动物种属采用多种给药途径进行了单次给药毒性试验，LD50值超过了5g/kg的限度剂量，出现的急性毒性症状包括失衡、活动减少、痛觉消失、昏迷、死亡，剖检可见肾脏轻微改变。在重复给药毒性试验中，犬经口给药达5 g/kg/天，连续给药2年，毒性主要表现为血液系统轻微改变，NOAEL为2g/kg/天。猴重复吸入给予丙二醇连续1年，仅可见肺部肺螨感染及巨噬细胞浸润。遗传毒性研究中，Ames试验、染色体畸变试验、细胞遗传学试验、显性致死试验、V79细胞DNA损伤与修复试验、细胞转化试验、姐妹染色体交换试验、小鼠微核试验结果均为阴性，基本提示丙二醇不是遗传毒物。在生殖毒性研究中，长期生育力试验未见异常，大鼠、小鼠致畸敏感期母体毒性与致畸毒性的NOAEL均为1600 mg/kg/天，家兔致畸敏感期试验未见明显异常。小鼠终生经皮给药、大鼠经口给药2年未见给药相关的肿瘤发生率增加。此外，丙二醇单次给药的皮肤刺激性、眼刺激性较小，对人皮肤具有弱致敏性。
    在溶血性方面，体外研究显示丙二醇溶液可引起家兔及人红细胞全溶血，而某些盐可抑制丙二醇的溶血作用。动物在体试验显示，家兔单次静脉注射给予丙二醇4、5ml/kg即可引起溶血。在犬经口重复给药毒性试验中，在血浆丙二醇浓度达到0.1～2%V/V时红细胞脆性未见异常，而人在7700 mg/输注4小时/天连续给药5天后未见溶血及对红细胞的影响。初步提示在不超过上述剂量/浓度的情况下，可能在溶血方面的安全性担忧较小。
   
    参考文献
    1罗明生, 高天亮. 丙二醇[A]. 见:罗明生, 高天亮主编.药剂辅料大全[M].四川：四川科学技术出版社, 1995.300-302
    2 National Toxicology Program. CASNO. 57-55-6: NTP Studies on 1,2-propylene Glycol[EB/OL]. http://ntp.niehs.nih.gov, 2004-2-27
    3 王庆利，彭健. 对化学药物急性毒性试验的思考[J]. 中国新药杂志, 2004, 13(11):961-964
    4 Lessmann H, Schnuch A, Geier J.et al. Skin-sensitizing and irritant properties of propylene glycol [J]. Contact Dermatitis, 2005,53(5):247-59.
    5张光杰, 陈允发. 注射剂赋形剂[A]. 见:侯惠民, 王浩, 张光杰主编. 药物辅料应用技术[M]. 第2版. 北京：中国医药科技出版社，2002. 32～33