农药代谢物毒理学评价程序研究,含不同国家农药登记资料要求对比分析

中国农药登记 美国EPA农药登记 欧盟农药登记
2024年1月19日

农药的使用对农业生产过程中病虫草害的控制效果十分显著,对保障世界粮食安全具有重要贡献。但农药的田间施用会使其有效成分不可避免地通过各种途径进入环境或残留于作物,导致农药残留,并在其中发生代谢、反应或降解,进而生成相应的代谢物。

由于这些代谢物生成机理复杂且结构多样,往往对其潜在风险知之甚少。因此,为了保障农药的使用不会对人类自身和环境中的非靶标生物造成有害影响,各国监管机构在农药登记和再评审阶段中除了需要关注农药有效成分的安全性,也会重点评估它们在作物、畜禽、加工农产品以及环境中生成的代谢物和/或转化产物所产生的潜在风险。 

农药残留物定义及代谢物定义

不同农药的残留物中化合物的种类和数量可能存在很大差异。农药残留物定义的统一为农药及其代谢物的残留鉴定提供了一种通用的方法。联合国粮农组织食品法典委员会(CAC)、联合国粮农组织(FAO)/世界卫生组织(WHO)农药残留联席会议(JMPR)、欧洲食品安全局(EFSA)等都对农药残留物定义进行了相关论述,但各国对如何确定残留物定义并没有系统规定。

为了打破不同国家因标准不一所产生的技术壁垒,经济合作与发展组织(OECD)于2009年修订了关于农药残留物定义的导则,得到了美国、欧洲各国及日本等OECD国家的认可,作为JMPR专家用于推荐农药残留物定义时的指导性文件,以决定具体选择哪些目标化合物进行风险评估,制定最大残留限量并进行监测。根据OECD颁布的《农药残留物定义导则》,农药的“残留物定义”是指农药管理机构对施用于可食用或可饲用作物上的农药,在进行膳食摄入风险评估以及制定最大允许残留限量时所明确的残留化合物。而根据应用的目的不同,农药残留物定义可能不同,主要包括用于膳食风险评估的残留物定义和用于市场监督的残留物定义,本文主要关注前者。

在制定农药残留物定义过程中,最重要的是明确农药使用后会产生何种代谢物或降解产物。主要利用同位素标记的试验方法,了解农药使用后在植物体内代谢、在家畜体内代谢、在鱼类(代表特定的水生生物)体内代谢、在鼠体内代谢、在加工产品中的残留特性以及在后茬作物中的代谢情况。在制定膳食风险评估残留物定义时,需要全面考虑农药使用后所产生的降解产物或代谢物在人类膳食中暴露的潜在可能性以及其相对于母体的毒性。近年来,随着分析方法的进步和灵敏度的提高,导致检测出越来越多的低水平代谢物,因此,需要根据同位素标记试验结果明确农药使用后会产生何种代谢物,并对主要代谢物进行识别和表征,以获得全面的代谢数据,确定是否会产生有毒理学意义的代谢物,并制定风险评估的残留物定义。

目前,各国和国际组织对农药代谢物定义内涵基本一致,一般包括农药在植物、动物以及环境中的代谢物(或转化产物),并且规定在植物和牲畜的残留物(代谢)研究中或在限制性轮作作物研究中占总放射性残留物(TRR)10%或以上的物质为主要代谢物;总放射性残留物(TRR)(或环境研究中的应用剂量)中所占比例低于10%的代谢物或降解产物则为次要代谢物。

目前,从消费者所接触到的混合物中,只有活性成分的毒理学研究较为丰富,相比之下,在大多数情况下,关于农药代谢物的毒理学信息十分有限。因此,为了更好地保障农药使用对人类以及环境非靶标生物的安全性,在各国批准农药使用之前,不仅为母体化合物制订全面的毒理学档案,还应全面评估代谢物的毒理学负担。

农药代谢物评价程序研究

目前,关于代谢物评价的指南和资料要求相对有限,国际上仅有FAO/WHO农药残留联席会议(JMPR)和EFSA制定了明确的代谢物毒理学评价程序。

2.1  JMPR对农药代谢物的评价程序

农药残留联席会议(JMPR)成立于1963年,是FAO和WHO联合管理的3个专家咨询机构之一,由FAO农药残留问题小组和WHO核心评估小组组成。WHO核心评估小组负责审查农药毒理学数据,估算可接受每日摄入量(ADI)、急性参考剂量(ARFD)和其他毒理学标准。

JMPR采用决策树的方式,依据暴露及毒理学资料对代谢物进行评估。评价程序共分为3个模块,17个步骤(图1)。首先,根据已有代谢物毒理学资料判定代谢物毒性和母体的关系;然后,根据代谢物是否在大鼠/小鼠/犬的代谢中呈现,判定代谢物在母体毒性中的可能作用;最后,采用毒理学关注阈值方法(TTC)进行筛查和初步风险特征描述,判定是否需要启动特定的毒理学测试进行进一步的风险评估。

联席会议会考虑得到的所有信息,并对其进行科学评价。因现有资料在很大程度上各不相同,JMPR在评估时不需遵循严格的规则,而是根据具体情况考虑提交的信息,并在评估过程中编写1份总结调查结果、结论和建议的评估报告,成为目前国际上很多国家在农药登记管理及风险评估的重要参考。

但需要注意的是,批准农药的使用并不在JMPR的职责范围内,且JMPR所评价的产品一般已在有关国家登记,故JMPR基于所提交的现有毒理学资料开展评估,评估过程主要依赖专家磋商,具有很大的灵活性。

JMPR动植物代谢物/降解产物安全性评估的方案

图1  JMPR动植物代谢物/降解产物安全性评估的方案(流程图)

2.2  EFSA对农药代谢物的评价程序

欧洲食品安全局(EFSA)对农药代谢物的毒理学评价程序主要包括3个部分,19个步骤(图2)。

首先,编制代谢物清单并评估遗传毒性终点;其次,对其他毒性调控终点进行评估;最后,结合暴露来源和类型、特定暴露途径等信息共同构成残留物定义的基础。该评估流程提供了所使用的科学工具和方法 [(定量)结构-活性关系(Q)SAR、交叉参照(read-across)、毒理学关注阈值(TTC)和可用数据组合(Grouping)] 来确定需要危害识别和表征的代谢物,且需要经验丰富的专家深入参与,并为代谢物制定适当的测试策略。

EFSA膳食风险评估决策方案

图2  EFSA膳食风险评估决策方案 

农药登记中对主要代谢物资料要求

不同国家对农药代谢物毒理学试验的需求不同,关于农药代谢物评价的资料要求也各不相同。

3.1  欧盟农药登记资料要求

欧盟主要由欧盟委员会健康与消费者保护总司(EC)负责农药活性成分的登记注册、欧盟残留限量标准的制定、欧盟农药管理政策的制定和监督执行。

根据欧盟农药登记资料要求,对代谢物健康毒理学研究不作常规要求。是否需要进行补充研究应根据具体情况做出决定。如果由于代谢或其他过程的原因,植物或动物产品、土壤、地下水、露天空气中的代谢物与用于毒理学研究的动物中的代谢物不同,或在动物中检测到的比例较低,则应考虑与母体相比代谢物的数量和化学结构并根据具体情况进行进一步测试。

3.2  美国农药登记资料要求

美国主要由环保局(EPA)对农药进行监管,具体负责农药安全性评估、登记注册、生产、销售、使用管理等。

根据美国农药登记资料要求,对于残留物需提供残留信息、分析方法以及在不同动植物、水体等介质中的残留量,虽未明确针对代谢物毒理学的专门条款,但在进行膳食风险评估中,会使用不同的工具和专家的判断对代谢物进行证据权重评估决定,同时还会参考NAFTA QSAR指南进行逐案处理。

3.3  澳大利亚农药登记资料要求

澳大利亚国家农药和兽药管理局(APVMA)负责国家农药和兽药登记计划。该计划对所有在澳大利亚使用的农药和兽药的生产和供应进行登记和管理。

一般来说,采用活性成分的研究可以提供母体化合物及其代谢物毒性的总体评估。但是,如果在目标植物和动物中产生的代谢物与在实验室动物中产生的代谢物有显著不同,则应该提供这些代谢物的毒理学研究资料。根据澳大利亚农药登记资料要求,对于具有毒理学意义的代谢物,申请人需要使用2种计算模型评估杂质的遗传毒性潜力,并根据其计算结果决定是否对代谢物进行遗传毒性试验,若试验结果呈阳性,则需要进一步确定代谢物在体细胞、生殖细胞内潜在的基因毒性。

3.4  日本农药登记资料要求

日本农药登记由厚生劳动省、农林水产省和环境省及内务府的食品安全委员会共同管理。厚生劳动省负责农药毒理学资料评审、制定农药最大残留限量标准、进口食品农药残留监控;农林水产省负责农药安全性评估、登记注册、生产、销售、使用管理;环境厅负责环境及水体农药残留资料的评审。

根据日本农药登记资料要求规定,当主要代谢物预计将在农业化学品的膳食风险评估中接受暴露评估时,视情况提交关于人类影响的试验结果中关于急性口服毒性的试验结果,以及遗传毒性试验结果中的回复突变(体外)试验结果;若试验结果为阳性,还需提交关于染色体畸变(体外)、微核(体内)和基因突变或DNA损伤(体内)的测试结果,并且考虑代谢物的化学结构提交其他试验结果。

3.5  中国农药登记资料要求

我国农业农村部负责全国农药监督管理,农业农村部农药检定所负责全国农药登记具体工作。

我国农药毒理学评估首先需通过评价动植物代谢试验、田间残留试验、饲喂试验、加工过程和环境行为等试验结果,确定农药主要代谢物,然后进行毒理学试验,实现对农药主要代谢物的毒理学评价。

根据我国农药登记资料要求,申请人需要提交急性经口毒性试验、3项致突变试验资料、亚慢性经口毒性试验及其他毒理学试验资料。其中急性毒性试验是评估受试物毒性的基础资料,用于经口毒性分级,以便初步了解毒性特征和可能的靶器官,并为进一步毒性试验提供剂量依据;致突变试验组合用于检测受试物引起的遗传损害;90天重复经口染毒试验可提供多次接触受试物后引起的健康损害效应,为健康阈值的制定提供初步依据。上述试验目的、方法和检测指标各不相同,反映代谢物不同方面的毒理学特征,不交叉、不重复、不可替代,以便对代谢物进行全面评估。

3.6  不同国家农药登记资料要求对比分析

对比分析欧盟、美国、澳大利亚、日本等国的农药代谢物评估程序,认为关注内容相似,包括急性毒性,致突变性(基因突变、染色体畸变),一般毒性(重复染毒、单次染毒),在此基础上可能还需要关注其他毒性(如致畸、遗传毒性等)。此外,在进行代谢物毒理学测试前,均要求比较代谢物与母体化合物毒性,判断是否可以被母体化合物毒性数据涵盖,并引用母体化合物的参考剂量;需要评估残留量/暴露量,根据暴露量高低,再决定是否开展进一步的毒性测试;另外,在评估过程中要求不同程度采用TTC、QSAR、Grouping和Read-across等评估工具进行预测和评估,为是否需要开展进一步毒性测试提供依据。

但具体实现方式上各有特点:欧盟、美国等对农药代谢物毒理学评估资料并不明确,企业在申请登记时需要专业技术支持来进行逐案分析。而澳大利亚、日本等国对农药代谢物毒理学评估资料较为明确,但在科学性上有所欠缺(未强制要求重复染毒试验等其他试验),不利于对农药品种的全面科学评价,因此企业根据评价需要增加了其他一些毒理学试验项目,如日本曹达的四唑吡氨酯增加了亚慢性经口毒性试验、日本石原的环丙虫酰胺增加了亚急性经口毒性试验。

我国的农药代谢物毒理学资料要求明确,制定过程经过广泛调研和充分讨论,满足农药登记管理要求,符合我国现阶段情况,具有科学性、适用性和可操作性,且资料要求明确有效避免了企业走弯路的情况,得到了绝大多数国内外企业的肯定,遵从度较高。 

对中国农药代谢物评价的思考建议

4.1  加快推进我国农药风险评估残留物定义的制定

随着农药残留评价和检测技术的发展,以及农药限量标准制定过程中风险评估技术的引入,农药残留物定义的重要性逐渐得到重视。然而,我国目前关于农药残留物定义的研究不够深入。此外,在企业申请产品登记时,一般以母体化合物作为风险评估的残留物定义,缺少农药在动、植物体内的代谢数据,导致登记管理部门在对农药有效成分进行风险评估时,一般直接根据其母体的毒理学数据以及参考我国的膳食摄入数据进行评估,因此有时会低估农药的膳食暴露风险。我国可以参考JMPR及其他发达国家或国际组织所制定的农药残留物定义,以加快制定我国农药残留物定义,解决我国目前对于残留物定义,尤其是膳食风险评估残留物定义标准不统一的问题,以保障食品及农产品安全、规范市场秩序。

4.2  优化我国农药代谢物毒理学评价程序

我国农药毒理学资料要求明确,具有科学性、适用性和可操作性。然而,在执行过程中仅对经过残留和环境专业评估后提出的主要代谢物开展毒理学评价工作,需要加强对具有毒理学意义的代谢物的界定与筛选。在评审程序上,可以建立代谢物评审决策树,明确评审流程和相应标准;建立跨学科的“代谢物评价专家组”,对登记中遇到的代谢物评价问题进行磋商讨论,根据不同产品特性进行相应筛查,采取逐案分析的机制,确定需要关注的农药代谢物。

4.3  加强QSAR等工具软件研发和计算毒理评估技术支撑体系建设

考虑到全球毒性测试资源有限,为了尽量减少毒理学测试中实验动物的使用,考虑新的方法来评估代谢物的风险,并且根据可用信息,使用基于结构相关化合物的毒性数据比较分析的预测模型是有必要的。因此,国际上在评估过程中均不同程度地采用TTC、QSAR、Grouping和Read-across等工具进行预测和评估,但以上预测软件存在一定比例的假阳性和假阴性,预测结果的不确定性可能导致安全管理风险,应用尚有争议。我国目前尚无自行研制成熟的QSAR软件,且QSAR等软件的开发需要足够数量的化合物数据、专业的建模理论、严谨的验证程序以及专业的技术指导,因此,我们需要组建技术团队,依据技术需求,建立计算机科学、信息学、化学、毒理学、数学等多学科专家组成的专业技术团队,与有关单位合作,拟定数据筛选原则,开展化合物毒理学信息收集、分析,建立基础数据库,在各项研究基础上,形成系统技术文件,建设计算毒理评估技术支撑体系。

总  结

对农药中具有毒理学意义的主要代谢物进行评价对保障生态安全与人类健康至关重要。目前,国际上发达国家和国际组织已针对不同种类的农药制定了其在作物中的残留物定义以及农药代谢物评价程序和决策,且对TTC、QSAR、Grouping和Read-across等预测工具进行了不同程度的应用。然而,我国在农药代谢物毒理学评价研究尚不深入,需要加快推进我国农药风险评估残留物定义的制定和毒理学评价程序的优化,并加强QSAR等工具软件研发和计算毒理评估技术支撑体系建设,以促进我国农药代谢物毒理学评价,加强对农药的风险评估,从而改善农药所带来的健康风险和生态安全问题。

来源:《农药科学与管理》2023年第5期

作者:石新蕾1,张宏军2,陶岭梅2,刘然2,黄岚2,刘东晖1*,张丽英2*(1. 中国农业大学理学院;2. 农业农村部农药检定所)

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