一、引言

交叉參照（Read-across）是一種基于化學(xué)結(jié)構(gòu)或生物學(xué)活性相似性，通過利用一種或多種類似化學(xué)物質(zhì)的毒理學(xué)終點(diǎn)數(shù)據(jù)來預(yù)測另一種或一類結(jié)構(gòu)相似的特定化學(xué)物質(zhì)的相同毒理學(xué)終點(diǎn)信息的方法。該方法在化學(xué)品安全評估中扮演著重要角色，特別是在缺乏直接測試數(shù)據(jù)的情況下。本文將詳細(xì)介紹交叉參照方法的發(fā)展歷史、法規(guī)進(jìn)程、主要工具及類型以及舉例說明。

二、發(fā)展歷史

交叉參照方法的起源可以追溯到科學(xué)研究的早期，但其在化學(xué)品安全評估中的廣泛應(yīng)用則始于近幾十年。隨著化學(xué)品數(shù)量的快速增長和環(huán)保意識的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法因成本高、耗時(shí)長等缺陷而難以滿足需求。因此，科學(xué)家們開始探索利用已有數(shù)據(jù)來預(yù)測新化學(xué)物質(zhì)的安全性的方法，交叉參照便應(yīng)運(yùn)而生。

三、法規(guī)進(jìn)程

四、主要工具

交叉參照過程中，通常需要使用一種或多種工具來輔助識別類似物和預(yù)測目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的毒性。以下是一些常用的工具：

OECD QSARToolbox：由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）開發(fā)的工具箱，提供了一系列用于交叉參照的模型和工具。

EPA CompTox Chemicals Dashboard：美國環(huán)保署的化學(xué)品數(shù)據(jù)庫和工具，其中的GenRA模型可用于交叉參照分析。

Toxtree：一個(gè)免費(fèi)的軟件工具，可基于化學(xué)結(jié)構(gòu)初步篩選類似物，但不能直接代替交叉參照過程。

此外，還有一些商業(yè)軟件和服務(wù)提供商也提供交叉參照相關(guān)的解決方案。

五、交叉參照的原理及前提

交叉參照是用源化學(xué)物質(zhì)信息來預(yù)測目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)相同終點(diǎn)的信息。前提是基于源化學(xué)物質(zhì)和目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)應(yīng)該“相似”。

1.結(jié)構(gòu)相似性

- 相同的功能基團(tuán)（例如：醛類，環(huán)氧化物，酯類等）

- 類別物有規(guī)律的變化（例如：碳鏈長度變化類別）

- 相同的組分或化學(xué)類別，類似的碳原子數(shù)目（例如：UVCBs）

- 通過物理或生物過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)相同或相似的前體或分解產(chǎn)物（例如：酸/酯/鹽的通過代謝途徑產(chǎn)生相同或相似的化學(xué)物質(zhì)；例如：甲酸丙酯和甲酸異丁酯的水解產(chǎn)物是類似的）

2.機(jī)制相似性

作用機(jī)制是造成不良影響的原因及生物化學(xué)過程

-可以用于確定NOEL，例如DART，慢性毒性

-可用AOP來定義

通過確認(rèn)目標(biāo)和源分子通過相同的作用機(jī)制起作用，可以確保交叉參照的可靠性。

（某些特定的官能團(tuán)如醛基、羧基、酰胺基等，在特定條件下可能引發(fā)機(jī)體的免疫反應(yīng)。）

六、交叉參照類型

交叉參照方法主要分為兩類：類似物法和類別法。

1. 類似物法

類似物法基于目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)與一個(gè)或多個(gè)源化學(xué)物質(zhì)的相似性進(jìn)行交叉參照。這些相似性可能包括相同的官能團(tuán)、相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)、相同的代謝途徑和生物反應(yīng)性等。通過比較目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)和源化學(xué)物質(zhì)的毒理學(xué)數(shù)據(jù)，可以預(yù)測目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的毒性。

2. 類別法

類別法則是在化學(xué)物質(zhì)分組的基礎(chǔ)上進(jìn)行交叉參照。首先，將具有相似結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)或毒理學(xué)特性的化學(xué)物質(zhì)分組，然后利用組內(nèi)已知化學(xué)物質(zhì)的毒性數(shù)據(jù)來預(yù)測組內(nèi)其他化學(xué)物質(zhì)的毒性。這種方法適用于大量化學(xué)物質(zhì)的快速評估。

七、交叉參照的步驟

1.收集和整理目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的信息：包括結(jié)構(gòu)信息、理化性質(zhì)、毒理學(xué)數(shù)據(jù)、代謝途徑和代謝產(chǎn)物等。

2.確定數(shù)據(jù)缺口：根據(jù)已收集到的信息，明確需要預(yù)測的毒理學(xué)終點(diǎn)。

3.識別與確定潛在的類似物：基于化學(xué)結(jié)構(gòu)、代謝途徑和生物反應(yīng)性等相似性，識別與目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)具有潛在相似性的類似物。國際權(quán)威機(jī)構(gòu)通常會(huì)根據(jù)化合物的類別，對一組化合物進(jìn)行安全評估，如果目標(biāo)化合物屬于某個(gè)分組評估，或者在結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)、生物學(xué)和毒理學(xué)性質(zhì)上與被評估的化學(xué)物分組表現(xiàn)出相似性，那么就可以通過權(quán)威審查來進(jìn)行交叉參照。

常見權(quán)威機(jī)構(gòu)包括：CIR、SCCS、RIFM、OECD、WHO、US EPA、AICIS、Health Canada、Etc.

4.收集源化學(xué)物質(zhì)/參考化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)：收集并整理源化學(xué)物質(zhì)的理化性質(zhì)和毒理學(xué)數(shù)據(jù)。

通常可以通過多種軟件進(jìn)行相似性的搜索，示例如下：

5.收集源頭化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)并確定選用類似物法或類別法

通過軟件篩選出類似物后，不能單獨(dú)根據(jù)相似性系數(shù)來評估相似性，還需要結(jié)合化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)性、代謝和理化性質(zhì)進(jìn)行相似性判斷。（通常來說，可以通過PubChem去查詢化合物的性質(zhì)，PubChem是美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）下屬的國立生物技術(shù)信息中心（NCBI）維護(hù)的一個(gè)免費(fèi)的化學(xué)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫）。

如果有較多類似物，可以采取化學(xué)物分組。通過進(jìn)一步細(xì)分來判別類別是否成立，從而降低數(shù)據(jù)集的不確定性，從而去除可能與目標(biāo)化合物在機(jī)理或代謝等方面有不同的類似物，記錄選擇或排除 潛在類似物的理由。

數(shù)據(jù)的收集可以是多途徑的（例如研究報(bào)告，公開發(fā)表的論文，數(shù)據(jù)庫等）

6.構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣表，進(jìn)行數(shù)據(jù)缺口評估與分析

通過對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步整理，從而判斷現(xiàn)有數(shù)據(jù)能否支撐對于目標(biāo)化合物缺少毒理學(xué)數(shù)據(jù)的填充。對目標(biāo)化合物的物理化學(xué)性質(zhì)及毒理學(xué)終點(diǎn)構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣。如果現(xiàn)有數(shù)據(jù)不足以填充目標(biāo)化合物毒理學(xué)空白或數(shù)據(jù)缺乏可靠性和關(guān)聯(lián)性，則需要收集其他數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)缺口填補(bǔ)。

7.驗(yàn)證交叉參照的可靠性、相關(guān)性和充分性評估：可靠性在于評估用來填補(bǔ)數(shù)據(jù)缺口的數(shù)據(jù)是否可靠，來源是否權(quán)威；相關(guān)性在于評估數(shù)據(jù)和測試在多大程度上適用于特定的危害識別和風(fēng)險(xiǎn)表征；充分性在于數(shù)據(jù)對于危害/風(fēng)險(xiǎn)評估的有用性和完整性。（可靠性評分過程參考ECVAM的ToxRTool）

8.驗(yàn)證交叉參照的合理性和不確定性評估：通過比較目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)和源化學(xué)物質(zhì)的相似性，驗(yàn)證交叉參照的合理性，并評估可能存在的不確定性。

合理性可以通過以下途徑但不局限：物理化學(xué)性質(zhì)、毒代動(dòng)力學(xué)、作用模式等；相似性的驗(yàn)證：

如果是有相似機(jī)構(gòu)的就需要驗(yàn)證相似結(jié)構(gòu)；

如果是代謝過程類似，就需要驗(yàn)證有相同的代謝產(chǎn)物等；

建立數(shù)據(jù)矩陣，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性比較評估，如果使用的是類別法，則需要評估各終點(diǎn)的變化規(guī)律。

9.填補(bǔ)數(shù)據(jù)缺口：如果確認(rèn)了交叉參照的合理性，且來源數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，那么就可以通過交叉參照方法對目標(biāo)化合物的數(shù)據(jù)缺口進(jìn)行填充，并分析交叉參照可能存在的不確定性對交叉參照的影響，對最后的數(shù)據(jù)選擇合理性進(jìn)行說明。

10.形成評估報(bào)告：報(bào)告應(yīng)該包括的要素，目標(biāo)化合物和類似化合物的化學(xué)特征描述、支持交叉參照的假設(shè)、目標(biāo)化合物和類似化合物之間的結(jié)構(gòu)和/或機(jī)制的相似性的驗(yàn)證、目標(biāo)化合物和類似化學(xué)物的數(shù)據(jù)矩陣。

八、結(jié)論

交叉參照作為一種非測試方法，在化學(xué)品安全評估中發(fā)揮著重要作用。通過合理利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，可以有效減少測試需求，提高評估效率。然而，交叉參照方法的準(zhǔn)確性和可靠性也取決于數(shù)據(jù)的質(zhì)量和相似性假設(shè)的合理性。因此，在使用交叉參照方法時(shí)，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)法規(guī)和指南，確保評估結(jié)果的科學(xué)性和可靠性。