1.精草铵膦的美国农药登记
精草铵膦已在中国和日本率先登记上市,这一重要的新品种在美国的登记当前也已进入了最后的关键阶段。
目前共有两个品种的精草铵膦同时在美国市场被推进登记,其中精草铵膦铵盐原药原先的申请人为Agrimetis,后由巴斯夫收购成功并继续推进。在登记数据方面Agremetis/巴斯夫并没有提交完整的登记资料,而是充分利用巴斯夫自有的外消旋草铵膦登记资料进行数据架桥,仅对关键的差异性数据进行补充,从而大大提高了整体精草铵膦的登记效率。
另一个品种精草铵膦原药的申请最早是由明治制果持有的,而后再由三井化学收购获得。明治制果/三井化学的登记数据方面则依托于OECD GLP数据互认体系所带来的优势,直接利用精草铵膦已在日本登记中获得的全套登记资料来满足美国登记所需内容,因此在当前美国登记进展推进也较快。
根据现有的毒理学研究,草铵膦主要引起关注的健康毒性效应是神经发育毒性效应以及生殖毒性效应。在本年度中,美国环境保护署(US EPA)于权威学术期刊上首度公开了精草铵膦在神经发育毒性方面的评估结果,而中国的科研团队也通过毒性作用机制研究揭示了精草铵膦与外消旋草铵膦在生殖毒性方面的差异。
2.草铵膦的神经发育毒性
对草铵膦神经发育毒性的关注主要来源于草铵膦高剂量急性中毒后人体所产生的神经毒性效应,如抽搐、失忆,甚至是神经病理学的改变。这一高剂量下草铵膦暴露所诱导的神经毒性相关症状在有限的动物毒理试验中也同样被发现,进一步的体内/体外的作用机制研究表明了草铵膦是NMDA(N-methyl-D-aspartate receptor)受体拮抗剂,因此草铵膦对NMDA的抑制作用可能与其神经毒性的发生密切相关。
而胚胎和幼儿的神经发育过程是神经毒理学研究的敏感期,因此神经发育毒性也是各国农药登记过程中越来越关注的毒理学节点,并将有可能同其他神经毒性节点的结果一起被加入到未来的GHS危害分类标准中。
基于以上因素,精草铵膦作为登记的新有效成分,US EPA要求申请人提供相应的数据对精草铵膦的神经毒性进行充分评估。
3.NAMs运用于精草铵膦神经发育毒性评估
在本次由US EPA主导的针对于精草铵膦的神经发育毒性评估中,并没有采用基于试验动物的传统神经发育毒性试验方法(如OECD TG 426, OPPTS 870.6300等),而是利用了一系列新途径技术方法(New Approach Methods, NAMs),通过高内涵筛选(high content screening, HCS)、基于体外电生理学的微电极阵列(microelectrode array, MEA)、生理动力学(physiologically based kinetic, PBK)等方法共同来评估精草铵膦的神经发育毒性。
US EPA分别对精草铵膦铵盐原药(来源可能为Agrimetis/巴斯夫)和精草铵膦原药(来源可能为明治制果/三井化学)开展研究,结果显示有效成分精草铵膦(L-glufosinate)与外消旋草铵膦(D/L-glufosinate)在神经毒性方面并没有显著性差异,如通过高内涵筛选技术并没有发现它们对神经突触生长有影响,微电极阵列结果也显示它们对神经网络的形成(network formation)无影响,同时两者都具有一样的神经元放电率(firing rate)。基于这些结果,可以认为精草铵膦与外消旋草铵膦具有相同的神经发育毒性。
US EPA进一步通过PBK模型采用体内-体外外推(in vitro-in vivo extrapolation, IVIVE)方法得出草铵膦在大鼠和人体内的稳态血药浓度分别是45.29 mg/kg/day和13.5 mg/kg/day,且在此浓度下精草铵膦与外消旋草铵膦对神经突触生长和MEA的试验结果均不存在任何影响。
由此,US EPA确认精草铵膦在大鼠和人的神经发育毒性NOAEL可分别设定为45.29 mg/kg/day和13.5 mg/kg/day,其中,此次推导得出的大鼠神经发育毒性NOEAL值是原先基于动物试验结果值14 mg/kg bw/day的三倍左右。
生理动力模型(physiologically based kinetic, PBK)
(来源: OECD Series on Testing and Assessment No. 331)
4.US EPA确认精草铵膦神经发育毒性结果满足最新登记要求
虽然此次精草铵膦推导得出的神经发育毒性低于原先草铵膦的动物试验结果,但是US EPA认为该结果仍满足美国农药登记所需的最新登记要求。主要原因是在健康风险评估中所选择的毒性阈值,如由草铵膦亚慢和慢性毒性试验确定的PoD为1.5 mg/kg/day,其远低于神经发育毒性的NOEAL,所以最新的神经发育毒性数据不会显著改变精草铵膦整体的健康风险评估结果。
除此之外,申请人Agrimetis/巴斯夫也提交了一组基于体内神经发育毒性的剂量探索试验以及另一组基于高内涵筛选的体外神经发育毒性试验的数据,这些登记数据也作为了US EPA在本次评估中的重点参考资料。
最终,US EPA的研究结论认为精草铵膦与外消旋草铵膦在神经发育毒性方面无显著差异,由此精草铵膦铵盐原药(Agrimetis/巴斯夫)与精草铵膦原药(明治制果/三井化学)的申请人均可以豁免相关数据,不需要再补充额外的神经发育毒性试验数据。
5.中国科研团队揭示精草铵膦与外消旋草铵膦的生殖毒性差异
除了神经发育毒性外,生殖毒性是草铵膦另一个重点关注的毒理学节点。
尽管早在2006年来自全球多国研究人员的合作评估已确认草铵膦是通过抑制谷氨酰氨合成酶(glutamine synthetase)在试验动物中同时诱导了生殖毒性效应与发育毒性效应,并且这项评估也认为在合理的使用条件下,草铵膦不会对使用人员和敏感人群造成不利影响,可是欧盟在2018年再评审阶段仍将草铵膦列为生殖毒性 1B,这一举措最终成为草铵膦在欧盟禁用的一项决定性因素。因此在精草铵膦推向市场之后,生殖毒性自然而然成为了这一新有效成分的关注重点。
目前精草铵膦已在中国和日本率先登记上市,但已披露的登记数据并没有很好的区分精草铵膦与外消旋草铵膦在生殖毒性方面的差异,同时这些登记数据也不能很好地阐明精草铵膦潜在的毒性作用机制。
对此,一项来自浙江工业大学的研究结果显示精草铵膦相比于外消旋草铵膦不仅具有更强的除草活性,而且在对斑马鱼的暴露试验中精草铵膦显示出了更低的胚胎毒性与致畸性。进一步作用机制分析也表明外消旋草铵膦比精草铵膦具有更强的氧化应激响应。这项研究通过差异性分析,有力地支持了精草铵膦相比于传统的外消旋草铵膦具有更高的安全性这一结论。
草铵膦与精草铵膦除草活性与毒性的比较
(来源: Environ. Sci. Technol., 2020, 7(3): 143-148)
6.精草铵膦市场未来可期
现阶段,我国在精草铵膦的研发、生产和应用方面均已处于世界前列,特别是依托于合成生物学技术的精草铵膦生产工艺。
随着相关企业自主研发技术的成熟与大规模投产,精草铵膦势必会在未来灭生性除草剂市场成为新的发展动力。从美国监管机构最新披露的评估信息来看,精草铵膦更为广阔的国际市场即将要打开,中国农药企业也应尽早布局,选择最优的全球市场登记策略。
参考文献：
[1] 黄超, 言野, 李娜, 等. 高内涵筛选技术的原理及其在生态毒理学的应用. 生态毒理学报, 2015, 10(2): 2-12.
[2] Dobreniecki S, Mendez E, Lowit A, et al. Integration of toxicodynamic and toxicokinetic new approach methods into a weight-of-evidence analysis for pesticide developmental neurotoxicity assessment: A case-study with DL-and L-glufosinate. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2022, 131: 105167.
[3] Lantz S R, Mack C M, Wallace K, et al. Glufosinate binds N-methyl-D-aspartate receptors and increases neuronal network activity in vitro. Neurotoxicology, 2014, 45: 38-47.
[4] Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD). Guidance document on the characterisation, validation and reporting of Physiologically Based Kinetic (PBK) models for regulatory purposes. OECD Series on Testing and Assessment No. 331, 2021.
[5] Schulte-Hermann R, Wogan G N, Berry C, et al. Analysis of reproductive toxicity and classification of glufosinate-ammonium. Regulatory toxicology and pharmacology, 2006, 44(3): 1-76.
[6] Yue S, Kong Y, Shen Q, et al. Assessing the efficacy-risk of the widely used chiral glufosinate: switch from the racemate to the single enantiomer?. Environmental Science & Technology Letters, 2020, 7(3): 143-148.