關于非臨床毒理研究中臨床病理學指標嚴重程度的判定

臨床病理學評估（如血液學、臨床化學、凝血功能和尿液分析）是非臨床毒理研究中的常規項目。其核心作用有兩點：一是識別與受試物相關的效應，二是為評估人體安全風險提供參考。

在臨床病理學報告中，通常會用定量和/或定性描述來體現臨床病理學指標變化的嚴重程度。

定量描述以數值形式呈現，常見的有倍數變化或百分比差異，計算簡單且便于在個體動物間或組間進行比較。但它存在顯著局限性，比如不同指標或物種在生物學、生理變異性上存在固有差異，且各自有獨特的動態范圍，同一幅度的變化在不同指標中可能具有完全不同的生物學意義。這會導致經驗不足的科研人員難以將變化幅度與生理相關性正確關聯，可能僅依據數值幅度錯誤判斷臨床病理學指標變化的重要性。例如，膽紅素升高100%（在多數實驗動物中通常視為輕微變化），在經驗不足的研究者眼中，可能比鈉降低15%（可能被視為具有潛在生理影響的“顯著”變化）更受重視。

定性描述能讓報告撰寫者整合所有相關因素，形成簡潔的描述結果。這些因素包括變化幅度（絕對值、均值、中位數、與同期對照/基線的倍數變化或百分比差異），以及在健康與疾病預期變異性背景下的生物學相關性。它還有兩大突出優勢：一是讀者無論臨床病理學領域的經驗和專業水平如何，都能輕松理解；二是使用靈活，既可單獨使用（用于說明臨床病理學指標差異的幅度及病理生理相關性），也可與定量描述結合使用。

Labcorp、Johnson & Johnson、Alta Sciences Preclinical、Moderna等公司結合團隊經驗，通過關鍵臨床病理學指標實例，提供了關于定性嚴重程度描述相關的見解，一起來看下。

當前狀況與標準化方法的需求

目前，雖然已有監管指南指導非臨床安全性研究中的臨床病理檢測，但對于如何在研究報告中呈現臨床病理變化，尚缺乏明確的指導。然而，申辦方和監管機構的審評人員普遍認為，一份高質量的臨床病理報告應提供關于臨床病理變化毒理學重要性的背景信息。僅僅指出臨床病理指標的“升高/降低”或“高于/低于”對照值，并標注統計顯著性（如有），通常是不夠的，可能導致對變化的誤解或對毒性特征的誤判。

為了提供這種背景信息，參與數據解讀的科學家通常會在報告中結合使用定量描述和定性描述，以說明臨床病理變化的程度和重要性。

獸醫臨床病理學家被認為是這方面的專家，即SMEs（subject matter experts），具備獨特資質，能夠解讀各種動物種屬的傳統臨床病理指標以及非傳統或新型生物標志物。他們還與其他參與藥物安全性評估的專業人員（如解剖病理學家、毒理學家、臨床獸醫和生物學家）協作，確保試驗藥物安全性信息的準確傳達。

然而，目前生物制藥行業中可用的獸醫臨床病理學家數量不足以支持所有非臨床安全性研究，許多公司和全球范圍內的政府監管機構并未配備獸醫臨床病理學家。在這種情況下，這些職責通常由其他科學家（如解剖病理學家或毒理學家）承擔。但對于復雜的數據集，仍建議咨詢獸醫臨床病理學家。

以下內容旨在幫助所有參與非臨床研究的科學家，特別是那些在獸醫臨床病理數據解讀方面經驗較少者，更準確地對嚴重程度定性。

隨著越來越多的制藥公司將非臨床研究外包給CRO，臨床病理報告的一致性問題變得愈發重要。由于參與數據解讀和報告撰寫的人員可能更多，報告寫作風格和定性描述的使用可能出現更大差異。通過采用本文所述的方法，在定性描述的基礎上輔以定量描述（如百分比變化或倍數變化），通常有助于在不同研究和時間點之間比較毒性特征。

定量與定性描述的比較

臨床病理原始數據通常由自動化分析儀器生成，大多數為數值型數據（離散或連續，如血糖或白蛋白濃度），僅有一小部分為分類數據（如尿液顏色、尿試紙的半定量結果：1+、2+、3+、4+）。

定量描述的定義與計算方法：定量描述表示相對于同期對照組或基線（給藥前）值的變化幅度，通常以倍數變化（fold change）或百分比差異（percent change）表示。

計算公式如下：

倍數變化=給藥后值÷對照值

百分比差異/變化=（給藥后值?對照值）÷對照值×100%

在報告數值變化時，科學家通常需選擇使用同期對照組均值（常用于小動物研究）或基線值（給藥前，常用于大動物研究）作為比較基準。若基線值有多個時間點，應選用最接近給藥前的值，而非平均值。報告中應明確說明所使用的比較基準。

需要注意的是，歷史對照數據或參考范圍通常范圍較寬，不適合用于定性嚴重程度的判斷。此外，虛擬對照組正被提出作為同期對照的替代方案，但這仍屬新興方法，其科學嚴謹性尚未得到充分驗證。

那定性描述又指什么呢？定性描述通常是一個主觀判斷過程，除了數值變化外，還需考慮以下因素：實際測得的分析物值；已知的變異來源；試驗藥物類別或作用機制的預期效應。

定量描述和定性描述的區別如下表所示。

定性嚴重程度的定義與判定方法

在臨床病理報告中，可通過定性嚴重程度描述和/或數值變化表格來呈現臨床病理變化的病理生理相關性。以下是臨床病理報告中常用的定性描述的一般概念和基本定義。此處所說的“生物學變異”是指在一組健康動物中可能觀察到的差異，考慮因素包括種屬/品系、年齡、性別、來源等。

定性嚴重程度描述的定義：

使用嚴格數值截斷（“通用范圍”）的挑戰

在非臨床毒性研究中，為每個臨床病理指標設定統一的數值截斷（如倍數變化或百分比變化）來分配嚴重程度存在諸多挑戰。因為相同幅度的變化在不同指標、不同種屬、甚至不同檢測方法下，其病理生理意義可能差異巨大。這些差異會顯著影響某一變化幅度所對應的定性嚴重程度描述。

因此，建議在定性描述嚴重程度時考慮以下因素：1）使用一致的對照基準（如同期對照或基線值）；2）統一應用嚴重程度描述的定義；3）考慮該指標在特定種屬中的預期生物學/生理變異，以及研究操作對結果的影響。

嚴重程度定性的一般考慮

與受試物無關的變化（如由研究操作、前處理或分析因素引起）通常無需使用嚴重程度描述。這些變化可在報告中提及，以提供背景信息。

變化的幅度（相對于基線和/或同期對照，通常基于分析物的絕對值）是判斷定性嚴重程度的主要因素之一。

此外，還需考慮以下因素：1）各指標在健康狀態下的預期變異性（個體內和個體間變異、分析誤差）；2）特定種屬的生物學特征；3）研究設計和操作對數據的潛在影響。

各指標獨特的生物學與生理學變異

指標嚴重程度的判定，受其絕對/實際數值、預期生理與生物學變異及動態范圍的顯著影響。不同指標的生理范圍差異較大，直接導致相同幅度變化可能對應不同嚴重程度。

生理范圍寬的指標（如白細胞計數、細胞因子濃度），易出現較大幅度波動，部分細胞因子濃度甚至可升高數百倍。因此，這類指標即使出現50%（1.5倍）的升高，通常也被視為輕微變化。

生理范圍窄、受嚴格調控的指標（如鈣），微小變化即可能產生明顯生理影響。例如，鈣濃度升高50%可能導致軟組織礦化，會被判定為顯著變化。

絕對數值的重要性。對部分指標而言，絕對數值比變化幅度更能決定嚴重程度。以膽紅素為例：基線值0.1mg/dL升至治療后0.5mg/dL，與基線值1.0mg/dL升至治療后5.0mg/dL，兩者變化幅度均為400%。但5.0mg/dL的膽紅素濃度已足以引發黃疸，存在肝膽損傷風險，病理生理意義與0.5mg/dL截然不同。因此，絕對數值是部分指標評估中不可或缺的因素。

物種差異的影響

不同物種在特定臨床病理學指標上存在明顯差異，這種差異會直接改變指標異常的判定標準，常見于酶活性、血液學指標等領域。

酶活性的物種差異以丙氨酸氨基轉移酶（ALT）為例：健康非人靈長類動物（NHPs）的ALT活性因正常生物學變異，可在20-150U/L范圍內波動。而犬和大鼠，動物間生物學變異較小，ALT活性正常范圍更低（犬約20-80U/L，大鼠約20-50U/L）。若犬或大鼠的ALT活性達到150U/L，通常被視為具有重要臨床意義的異常，遠高于NHPs的判定閾值。

血液采集相關的物種差異，多次采血或連續放血可能導致紅細胞量減少，并引發再生反應（如網織紅細胞計數升高），這種醫源性影響在不同物種中表現不同：嚙齒類動物體型小、循環血量少，受該因素影響更顯著，尤其與犬等物種相比。非人靈長類動物常被用于生物治療藥物研究，需更頻繁、更大體積地采血（以評估抗藥抗體及其他新型生物標志物），導致其相關指標變異度更大。

其他影響因素

除指標特性與物種差異外，研究流程、對照組數據及指標自身特性也會影響嚴重程度判定，需綜合考量以避免誤判。

同期對照組數據的參考價值：研究操作（如采血導致的血容量流失、給藥、動物處置、麻醉）可能影響臨床病理學指標，需結合同期對照組的變化趨勢，區分指標變化是由受試物還是其他研究相關操作導致。例如，紅細胞量較基線下降25%，若單獨看可能被判定為輕度變化；但如果同期對照組因多次采血下降15%，則受試物實際導致的下降約為10%（相對對照），更可能被判定為輕微變化。

判定可基于組水平或個體動物，其中個體動物評估對大型動物尤為重要——這類動物通常組規模小、生物學變異大，且可能僅個別動物出現異常，難以在組均值中體現。

部分指標判定的局限性：部分臨床病理學指標因自身特性，難以或無法進行嚴重程度判定，常見情況包括：健康狀態下正常參考值極低（如尿比重、犬和嚙齒類動物的絕對大型未染色細胞計數、嗜堿性粒細胞計數）；或者指標結果依賴其他指標（如白蛋白/球蛋白比值）；特定物種中活性極低或無明確參考意義（如犬和嚙齒類動物的γ-谷氨酰轉移酶活性）。

關鍵臨床病理學指標的定性描述實例解析

本部分通過具體實例，詳細說明不同臨床病理學指標（包括各類指標的降低與升高）在定性描述使用上的原則、數值參考范圍及注意事項。

定性描述使用的核心原則與注意事項

在解讀本節實例及文中提及的數值閾值時，需明確以下前提：

判定的主觀性與上下文依賴性：不同嚴重程度描述的數值范圍存在固有重疊，判定時需結合研究整體背景、科研人員的經驗與專業知識。例如，指標“X”降低10%-19%為“輕度”、降低20%-39%為“中度”，但接近閾值的19%與20%在幅度上幾乎一致，最終描述的選擇具有主觀性。屬于常見且可接受的情況，即可接受的判定差異。

嚴重程度判定需綜合考量4個關鍵因素：指標變化幅度、分析物的絕對數值與動態范圍、分析物在健康與疾病狀態下的預期變異（個體內、個體間），以及其他變異來源（如年齡相關變化、操作相關變化）。

指標變化方向的針對性：部分指標（如脂質、葡萄糖、電解質濃度）的升高與降低均有意義，而部分指標（如AST、ALT活性）僅單一方向的變化具有毒理學相關性。因此，升高與降低對應的嚴重程度描述需分開討論。

各類臨床病理學指標降低的定性描述實例

指標降低的最大幅度理論上可接近100%，但對維持生理功能或穩態至關重要的指標，大幅降低通常難以耐受。以下為不同類別指標降低的具體參考原則：

1.血液學與凝血功能指標

這類指標反映血細胞狀態及變化對生理功能的影響，需結合絕對數值、變化速度及物種差異判定。

紅細胞相關指標（紅細胞計數、血紅蛋白濃度、血細胞比容）

核心意義：血紅蛋白水平對維持氧氣運輸能力至關重要，降低超過50%-60%較為罕見，可作為“顯著降低”的上限。

變化速度的影響：血紅蛋白濃度或血容量快速下降對健康影響更大，而緩慢下降時動物可能產生適應。

參考范圍：降低5%-9%為“輕微”，10%-19%為“輕度”，20%-39%為“中度”，40%-59%為“顯著”；若降低超過60%且伴隨白蛋白濃度下降，提示急性失血，可判定為“嚴重”（易引發氧氣運輸能力下降相關臨床癥狀）。

血小板計數

參考范圍：可參考紅細胞相關指標的降低范圍，但需根據血小板固有變異及“出血風險臨界值”調整。

物種差異：犬血小板計數<50,000/μL時出血傾向增加，<10,000/μL時風險更高；小鼠血小板計數<25,000/μL時出血風險顯著升高，大鼠與NHPs適用類似標準。

此外，在非臨床毒性研究中，動物血涂片常出現樣本質量問題和血小板聚集現象，這可能導致血小板計數呈現顯著變異性。由于變異性較高，可能難以可靠識別與供試品相關的較小幅度變化，因此“輕微（minimal）”的判定標準可設定為較基線值和/或對照組值下降約20%至30%。不過在某些情況下，尤其是對于嚙齒類動物，若數據變異性較低且樣本量較大，則有可能識別出幅度更小（低于20%至30%）的供試品相關變化。

白細胞計數

常見誘因：抗癌藥物或細胞周期干擾劑常導致白細胞計數降低，因這類藥物抑制細胞分裂與造血功能。

中性粒細胞：降低>80%-90%（或絕對計數<1000/μL）會使犬易發生繼發感染，可判定為“顯著”或“嚴重”降低；該閾值不適用于嚙齒類與NHPs（其正常中性粒細胞計數更低或變異更大）。

淋巴細胞：絕對計數接近100%降低會削弱免疫功能、增加感染風險，但風險通常低于中性粒細胞的顯著降低。

其他白細胞亞群（單核細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、大型未染色細胞）：健康動物中這類細胞計數本就極低，降低幅度難以評估。

凝血時間（活化部分凝血活酶時間[aPTT]、凝血酶原時間[PT]）

特點：非臨床毒理研究中罕見縮短，且機制常不明確；僅當受試物屬于已知會縮短凝血時間的類別（如活化凝血因子類）時，才可能歸因于受試物。

判定局限性：實驗動物的PT與aPTT檢測未針對高凝狀態優化，敏感性較低；且觀察到的縮短幅度通常較小，無需使用嚴重程度定性。

2.臨床化學指標

這類指標反映血清（血漿）中生物標志物狀態及對病理生理的影響，部分指標的絕對數值是判定核心。

白蛋白濃度

核心功能：維持血液膠體滲透壓，降低超過50%-60%在多數物種中罕見。

絕對數值臨界值：<2.0g/dL時動物易發生被動水腫，可作為“顯著降低”的界限。

鈣濃度

關聯因素：鈣濃度受白蛋白濃度影響（因存在蛋白結合部分），變化趨勢與白蛋白一致。

核心功能：鈣離子對肌肉收縮至關重要，較基線/對照急性降低>40%-50%雖罕見，但常伴隨臨床癥狀，可判定為“顯著降低”。

葡萄糖濃度

特點：大幅降低（如>80%）少見，但極低濃度下未及時干預可能致命。

判定調整：需根據實際風險調整葡萄糖降低的嚴重程度描述，不能僅依賴固定數值范圍。

電解質（鈉、氯、鉀）

鈉與氯：降低具有生物學意義，升高多因脫水（可作為體液不足的標志）；降低>15%-20%罕見且常伴隨臨床癥狀，可判定為“顯著降低”；嚙齒類動物電解質數值穩定、每組數量多，可識別<3%的降低。

鉀：升高與降低均有意義—升高影響心臟功能，可能導致心律失常；降低與肌肉無力、痙攣、頭暈相關。

動態范圍差異：鉀基線值低（約4-6mmol/L），動態范圍比鈉（約140-145mmol/L）、氯（約100-105mmol/L）更廣。例如，鉀降低10%（如從5.0mmol/L降至4.5mmol/L）屬于正常生物變異，而鈉降低10%（如從145mmol/L降至130mmol/L）可判定為“中度降低”。

各類臨床病理學指標升高的定性描述實例

根據指標的生物變異度與動態范圍，可將升高的指標分為三類，每類對應不同的原則：

1.高生物變異度、寬動態范圍指標

這類指標變異大、可出現大幅升高，需以倍數變化為主要判定依據，常見例子包括細胞因子、心肌肌鈣蛋白濃度，肝/肌酶活性，白細胞計數，膽紅素、尿素氮、肌酐濃度等。

動態范圍差異：細胞因子與心肌肌鈣蛋白的動態范圍最大，酶活性與總白細胞計數次之，單核細胞計數與肌酐濃度最小。

實例：肝酶（AST、ALT）與肌酶（CK）

幅度特點：升高可高達基線/對照的100倍，通常用倍數變化描述；<2倍（<100%）升高極少有意義。

參考范圍：2-3倍升高為“輕微”，4-8倍為“輕度”，9-15倍為“中度”，>15倍為“顯著”。

其他指標：肝膽酶（ALP、GGT）、白細胞計數、膽紅素、尿素氮、肌酐的最大升高通常<10倍。個別例外情況，如健康犬與大鼠的GGT活性極低（通常<3U/L），可出現更大幅度升高。

2.中等生物變異度、中等動態范圍指標

多數臨床病理學指標屬于此類，需結合數值范圍與物種差異判定，常見例子包括紅細胞相關指標、網織紅細胞與血小板計數、血清蛋白、脂質、葡萄糖、礦物質（鈣、磷、鎂）濃度，纖維蛋白原濃度及凝血時間。

葡萄糖濃度

幅度特點：升高可超過100%，但>400%極為罕見，400%可作為“顯著升高”的上限。

參考范圍：升高10%-29%為“輕微”，30%-99%為“輕度”，100%-399%為“中度”，>400%為“顯著”。

物種與操作影響：NHPs的葡萄糖變異比犬大；小鼠與大鼠（尤其未禁食或采血前吸入二氧化碳）的葡萄糖變異大，難以識別小幅升高。

凝血時間與纖維蛋白原濃度

凝血時間（aPTT、PT）：雙向變化均有意義，但變異大（10%的延長/縮短無意義），且受分析前/分析變量影響大；非臨床研究中常見小幅升高（10%-20%），延長40%-50%也可能無凝血相關癥狀，僅當有臨床癥狀或符合受試物作用機制時，才歸因于受試物。

纖維蛋白原：升高常與炎癥急性期反應相關，顯著升高可達4-5倍，<2倍升高更常見。

紅細胞相關指標與白蛋白濃度

升高多為血液濃縮導致的相對升高（屬于繼發效應），難以直接歸因于受試物。

僅當受試物誘導紅細胞生成時可能出現真實性的升高，小幅升高通常無健康風險；升高>50%-60%會因循環中紅細胞過多導致血液黏度增加，產生不良生理效應。

3.低生物變異度、窄動態范圍指標

以電解質為代表，這類指標對穩態至關重要，需嚴格維持在窄范圍內，判定時需區分指標類型與誘因。

鈉與氯：升高通常不反映受試物毒性，多為血液濃縮導致，無需使用嚴重程度描述。

鉀：升高雖罕見，但存在健康風險（尤其升高>100%時）；小幅升高可能因血液濃縮，大幅升高可能因細胞損傷（如橫紋肌溶解）釋放胞內鉀、溶血（紅細胞鉀濃度高的物種）或代謝性酸中毒（胞內鉀轉移至胞外）。

分析變異考量：電解質檢測常用離子選擇電極，存在“分析漂移”導致日間變異，需結合同期對照排除干擾、識別受試物相關變化。

嚴重程度描述與有害性判定的關系

嚴重程度描述的核心用途是在分析、生物、生理和病理變異的背景下，描述指標偏離正常范圍的程度。它與“有害性（Adversity）”并非同義，具體需明確以下兩點：

無直接關聯：中度或顯著的指標變化，并不等同于有害性發現。多數臨床病理學指標的變化，單獨來看很少被判定為有害；且在臨床病理學報告中，通常不涉及有害性判定。

唯一例外情況：“嚴重（severe）”這一類別極少使用，通常僅用于描述已導致（或關聯）發病、功能障礙的指標變化——這類變化可能被視為有害。

通過臨床病理學數據判定毒性反應是有一定挑戰的。比如單純的ALT、AST、LDH變化通常不視為有害反應，可以作為組織損傷的biomarker，需要結合其它臨床病理參數及組織病理學數據共同確認。不過，像總蛋白、白蛋白這類體現肝功能的參數，低于一定數值可判定為有害反應。

嚴重程度描述與統計學顯著性的區別

統計學分析的作用是識別“與同期對照存在差異，且隨機發生概率低”的指標變化，但它不能直接用于支持“受試物關聯性”或“嚴重程度判定”，具體原因如下：

P值無直接意義：預設的統計學顯著性P值閾值（如P<0.05、P<0.01、P<0.001），無法體現“受試物關聯性”的證據強度，也不能作為嚴重程度描述的判定依據。

統計模型存在局限性：統計學顯著性檢驗常因不滿足模型假設導致結論偏差，這些假設包括：合適的每組動物數、匹配的數據類型、獨立隨機抽樣、正態分布、方差齊性。

未覆蓋數據全貌：非臨床毒性研究中常規使用的統計學顯著性檢驗，無法評估數據的整體情況及固有變異。例如，指標隨時間的變化趨勢、變化模式，以及在健康與疾病變異范圍內，各參數獨特的預期信噪比值，均未被納入分析。

總結

目前尚無已發表的標準，規定臨床病理學報告中定性或定量描述的使用方法，但在非臨床毒性研究中，這些描述常被用于表達臨床病理學指標變化的幅度。

定量描述計算簡便，但單獨使用時，難以充分傳遞變化的生物學或病理生理相關性。定性描述可彌補定量描述的不足，但其判定過程具有主觀性，需要使用者具備臨床病理學相關的培訓、經驗與專業知識。

本文結合獸醫臨床病理學家的經驗，闡述非臨床毒理研究中定性嚴重程度描述的判定流程，分析各類影響因素及注意事項，值得借鑒。

引自：Toxicologic Pathology Forum*: Opinion on Qualitative Severity Descriptors to Express Magnitude of Changes in Clinical Pathology Endpoints in Nonclinical Toxicity Studies

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