你吃的药安全吗？左奥硝唑及其杂质的肝毒性研究大揭秘

01 左奥硝唑杂质毒性研究迫在眉睫

药物安全性是医学领域的永恒议题，上市后药物的再评价更是保障临床用药安全的关键所在。近年来，全球范围内频发的药物毒性及杂质相关的药害事件深刻警示着我们，对药物及其杂质进行全面、客观的毒性评估至关重要。

甲硝唑、替硝唑、奥硝唑均属于硝基咪唑类药物

图源丁香园

在这一背景下，硝基咪唑类抗菌药物的安全性问题日益凸显。其中，特别是左奥硝唑作为新一代硝基咪唑化合物，因其在对抗脆弱拟杆菌、副拟杆菌、肠球菌、链球菌、幽门螺杆菌和牙龈卟啉单胞菌等厌氧微生物方面均优于甲硝唑和替硝唑，临床应用也日益广泛。

然而，虽然硝基咪唑衍生物存在诱发急性胆汁淤积性肝炎等肝损伤的风险已被学界证实，但针对左奥硝唑自身及其相关杂质的肝毒性研究当前却极为匮乏，这一研究缺口使其临床应用的安全性存在显著的风险。

左奥硝唑制剂中主要存在三种杂质：奥硝唑、左奥硝唑杂质II (IMP-II)和左奥硝唑杂质III (IMP-III)。这些杂质来源于药物生产或储存过程之中，即使含量较低，若长期暴露也可能与药物本身的毒性产生叠加效应，增加临床不良反应风险。遗憾的是，目前对这些杂质的肝毒性研究几乎处于空白状态，缺乏系统的毒性数据，这给左奥硝唑的质量控制和临床安全监管带来了严峻挑战。

以往传统的药物毒性评估主要依赖于动物实验和临床观察，二者周期长、成本高且难以全面覆盖复杂杂质体系，已难以满足当前对高效、精准安全评估的医疗需求。

随着医药领域与生物科技、大数据、AI等技术的不断结合，基于结构-毒性关系（STR）的分类预测模型和定量结构-毒性关系（QSTR）模型等预测方法，在药物毒性预测中的作用日益重要，显著提升了对已知或未知毒性的检测率；与此同时，斑马鱼模型凭借其与人类的遗传相似性、实验直观性及周期短等优势，在药物毒性研究中被广泛应用，可在表型和分子水平上深入探究药物毒性及其机制。

因此，在当前的研究现状和技术发展背景下，系统开展左奥硝唑及其三种主要杂质的肝毒性评估研究显得尤为迫切。这不仅能够填补关键的研究空白，更能为药物安全性评估提供新的思路和方法。

02 AI技术+斑马鱼模型的双重验证

今年初，一篇发表于《Molecules》上的题目为“Hepatotoxicity Evaluation of Levornidazole and Its Three Main Impurities: Based on Structure–Toxicity Classification Prediction Combined with Zebrafish Toxicity Assessment”的研究，便系统揭示了左奥硝唑及其杂质（尤其是IMP-II）的潜在肝毒性风险，明确了相关的结构特征和初步作用机制。

这一研究采用了计算模型预测与斑马鱼毒性实验相结合的策略。

在计算模型方面，研究人员选取了247种化合物，将其结构转换为SMILES码后输入ADMET Predictor 9.5™软件，获得了269个分子描述符。以肝毒性分类值为因变量、分子描述符为自变量，分别构建支持向量机（SVM）和人工神经网络（ANN）模型。经优化后，ANN模型（ANN-1）在灵敏度（0.84）和特异性（0.81）等性能上优于 SVM 模型，因此被选用。

化合物分子结构特征与肝毒性的相关性。（A）与肝毒性相关的特征描述符分布；（B）与肝毒性相关的特征结构域分布（红色：负相关，绿色：正相关）；（C）分子电荷密度分布（红色：负电荷，蓝色：正电荷）。

经该模型预测显示：左奥硝唑、奥硝唑和杂质II（IMP-II）具有肝毒性，其中左奥硝唑和奥硝唑的肝毒性概率高达99%，IMP-II的概率为56%；而杂质III（IMP-III）的肝毒性潜力较低，概率为54%。

斑马鱼毒性实验结果则进一步验证了上述的预测结果：

左奥硝唑和 IMP-II 处理 48 小时后斑马鱼幼鱼肝毒性表型观察

研究发现，当左奥硝唑浓度超过6.37mM或IMP-II浓度超过0.37mM时，均会导致斑马鱼全部死亡。左奥硝唑的最小显著致死浓度（MNLC）、10%致死浓度（LC10）和50%致死浓度（LC50）分别为5.77 mM、6.37mM和6.957 mM；IMP-II 的相应值则更低，分别为0.305mM、0.337mM和0.441mM。

左奥硝唑和IMP-II处理48小时后斑马鱼幼鱼肝脏的组织病理学和超微结构

此外，左奥硝唑和IMP-II均能引起斑马鱼肝脏肿大、浑浊、肝血流减少以及卵黄吸收延迟，并导致血清丙氨酸转氨酶（ALT）水平升高。值得注意的是，IMP-II在更低剂量下即表现出显著的肝毒性。组织病理学和超微结构观察进一步证实，两者均可引起肝细胞空泡变性和细胞器损伤。

化合物处理后斑马鱼的转录组分析

分子结构分析表明，侧链基团的电负性和分子极性与其肝毒性程度相关，其中 2-甲基-5-硝基-1H-咪唑-1-基结构及 1-氯、2(S)-2-甲基环氧乙烷取代基与毒性反应密切相关。转录组测序分析显示，左奥硝唑和 IMP-II 显著干扰了斑马鱼肝脏的多种代谢过程，包括葡萄糖、脂质、蛋白质、激素及药物代谢。

这一研究通过构建人工神经网络（ANN）肝毒性预测模型并结合斑马鱼体内实验，首次系统证实了左奥硝唑及其杂质IMP-II的显著肝毒性风险。研究发现IMP-II的毒性强度远高于原料药（LC50仅0.441 mM），并揭示2-甲基-5-硝基咪唑核心结构及特定取代基通过增强分子电负性、降低极性加剧肝损伤的构效关系。转录组分析进一步阐明其通过干扰肝脏糖脂代谢、内质网蛋白加工及细胞色素P450介导的解毒通路诱发毒性。

这一研究成果为药品杂质控制提供了关键科学依据，对临床安全用药具有重要警示意义，也是医药学与人工智能和生物科技协同运作的前沿尝试。未来，环特生物也将持续依托于循证功效理念驱动的多维生物技术应用，服务于更多的医药领域的科研探索，从而期望能够造福更广大的人群。

参考文献：

Liu, Ting, et al. "Hepatotoxicity Evaluation of Levornidazole and Its Three Main Impurities: Based on Structure–Toxicity Classification Prediction Combined with Zebrafish Toxicity Assessment." Molecules, vol. 30, no. 5, 2025, p. 995, doi:10.3390/molecules30050995.