2018年，缬沙坦和氯沙坦钾因为杂质震动了整个制药行业。先是7月5日，欧洲药品管理局（EMA）发布召回公告称，供给欧洲市场的缬沙坦原料药中意外发现杂质N-亚硝基二甲胺（NDMA）；随后德国、意大利、芬兰、美国等多国相继召回含有N-亚硝基二甲胺（NDMA）的缬沙坦原料药制剂。同年11月8日，诺华公司（Novartis）旗下山德士公司（Sandoz）发布产品召回公告，宣布公司在美国召回一批氯沙坦氢片，原因是氯沙坦钾原料药中含有杂质亚硝基二乙胺（NDEA）。这两种杂质N-亚硝基二甲胺和亚硝基二乙胺已被国际癌症研究机构（IARC）归类为2A级可能的人类致癌物（如图1）。杂质研究在药物安全性控制中尤为重要。

  大家不禁要问：什么是药物杂质？按照《化学药物杂质研究技术指导原则》定义，化学药物中所含的杂质是指任何影响药物纯度的物质；是药物中存在的无治疗作用，或者影响药物稳定性、疗效，甚至对身体有害的物质。它是药品的关键质量属性，可影响产品的安全性和有效性；因此，药物杂质研究是贯穿于药品研发的整一个完整的过程的，包括选择正真适合的分析方法，准确地分辨与测定杂质的含量，综合药学、毒理以及临床研究的结果确定药物杂质的合理限度。

  根据2020年版《中国药典》的定义，药品杂质通常分为：有机杂质、无机杂质、残留溶剂。有机杂质可在药品的生产或贮存中引入，这些杂质可能是已鉴定或者未鉴定的、挥发性的或非挥发性的，包括起始物、副产物、中间体、降解产物、试剂、配位体和催化剂、几何和立体异构体和降解产物；由于这类杂质的化学结构一般与活性成分类似或具渊源关系，通常称为有关物质。无机杂质可能来源于生产的全部过程，如反应试剂、催化剂、元素杂质、无机盐和其他物质（例如：过滤介质，活性炭等），一般是已知和确定的。

  化学杂质谱包括药物中所有杂质的种类、含量、来源及结构等基础信息。根据杂质谱分析，可以较为全面地掌握药物中杂质信息。通过针对性地选择正真适合的分析方法，以确保杂质的有效检出和确认；跟踪杂质谱对安全性试验或临床试验结果产生的影响，评估杂质的可接受水平；结合规模化生产时杂质谱的变化，评估杂质安全性风险，确立安全的杂质控制水平。化学药物杂质谱的控制是保证药品安全性的重要环节，也是国内外新药研发的关键制约因素。[1]理想的“杂质谱控制”应针对药品中的每一个杂质进行针对性研究，了解其来源、理化性质、生物活性等，并依据上述信息制定相应的质量控制限度。

  人用药品注册技术要求国际协调会议（International Council for Harmonization, ICH）在制定的原料药、制剂的杂质研究指导原则（ICH Q3A, ICH Q3B），残留溶剂研究指导原则（ICH Q3C）和元素杂质研究指导原则（ICH Q3D）的基础上，2014年又公布了基因毒性杂质研究指导原则（ICH M7 (R1)），进一步指导化学药物研发中的杂质研究。根据ICH杂质研究决策树可知（如图2），对于超出指控限度的杂质，需要对此杂质进行安全性评价；对于低于质控限度的或者可提供证据证明其安全性的杂质，则可以免于评价。

  2017年，中国国家食品药品监督管理总局（NMPA）成为ICH的正式会员，我国严格按照ICH的规章制度和《中国药典》的最新规定进行药品质量监控管理。

  目前，只有美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）针对药品不同研发阶段杂质研究的关注点进行过建设性讨论。[2]对于合成中的工艺杂质，应在原料合成阶段着重关注产品中也许会出现的各类潜在杂质；当合成路线最终确定后，应重点分析杂质的生成和去除途径，明确生产的全部过程中的关键质控点；随着工艺过程的成熟，再开展杂质的结构确认工作，并开发新的分析方法对于潜在杂质进行确定。对于手性杂质，常常要从合成工艺的角度控制各种手性异构体的产生。在新药研发的早期，杂质的水平与产品的毒理学安全性评价结果相匹配；当新药进入临床研究阶段，产品中的杂质限度可根据ICH的要求做控制，同时基于临床暴露剂量和毒理学结果适度调整；当进入临床III期时，产品应符合ICH的要求。

  化学药物中杂质的来源主要有两方面：一种原因是由药物生产的全部过程中引入；另一方面是在储存过程中受外界条件的影响，引起药物理化性质发生改变而产生。药物在生产的全部过程中引入杂质，常常是由于原料纯度低或者原料反应不完全，以及中间产物未转化和反应副产物的产生，并且在精制时这些生成的杂质未能按要求除去。

  缬沙坦（Valsartan）是一款血管紧张素II受体拮抗剂，起到使血管紧张素Ⅱ的I型（AT1）受体封闭，血管紧张素Ⅱ血浆水平升高，刺激未封闭的AT2受体，同时抗衡AT1受体的作用，进而达到扩张血管降低血压的效果。在美国，缬沙坦被用来医治高血压症、充血性心力衰竭和后心肌梗塞。从化学原理上探究缬沙坦原料中所含有的基因毒性杂质NDMA可能的来源，新的缬沙坦合成专利（CN104045602A），其中氰基化合物与叠氮化钠生成四氮唑的这一步反应中采用了N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂，反应结束后需要加入亚硝酸钠淬灭反应，然后将体系调至酸性。如果反应条件控制不好会溶剂DMF会分解产生微量的二甲胺，也有一定的可能溶剂DMF中含有的微量二甲胺；而二甲胺在酸性条件下与亚硝酸钠会生成基因毒性杂质NDMA。2018年8月，国家药品监督管理局《关于缬沙坦国家标准修订稿的公示》拟对原料药缬沙坦的国家标准进行修订，针对其含量限度要求不允许超出千万分之三。对比基因毒性杂质的控制指南“ICH M7”缬沙坦中该杂质的可接受限度指标暂定为0.3 ppm。

  有机杂质除了药物生产的全部过程中引入之外，制剂的制备和贮藏过程也会产生降解产物（如水解、氧化、开环、聚合等），其与药物的结构特征和化学属性紧密关联。能够最终靠强制降解试验，将原料药或制剂置于比较剧烈的试验条件下，考察药品在酸碱、高温、光照、氧化等因素影响下的降解产物，研究其稳定性。马来酸依那普利（Enalapril Maleate），一种依那普利拉（Enalaprilat）的前药，是血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI），可降低血管紧张素II的含量，造成全身血管舒张，血压下降，用来医治高血压。依那普利马来酸在无水无氧的固体状态下很稳定，室温贮存数年不会降解。其水溶液在pH=3时最为稳定；降解速率与pH值有关，其降解途径主要是水解反应，在酸碱性条件下乙酯键会发生水解形成依那普利拉这一活性成分。在酸水解、固体湿热条件下，还有几率发生酰胺环合的双酮吡嗪衍生物（如图4）。[3]

  化学药物工艺的选择、试剂纯度的把关、制剂的制备和贮藏方式，对于药物安全特别的重要；化学药物中杂质控制不严格，则会给制药公司能够带来经济上的损失，威胁潜在病人的身体健康和生命安全。

  药物杂质谱的质控策略的关键是对药品中所有杂质都能被有效的分离，每一个杂质的来源与结构确证，每一个杂质的生理活性明确，并且分析方法拥有非常良好的适用性。有效的检测与定量，这就要鉴别判定药物合成工艺中所产生杂质的结构。化学药物杂质对照品的制备一般来说包括分离提取和定向合成两种途径。

  依匹哌唑（Brexpiprazole），是多巴胺D2受体部分激动剂，于2015年7月被FDA批准用来医治成人精神分裂症（Schizophrenia）和重度抑郁症（MMD）的辅助用药。众多机构仔细研究了依匹哌唑原研的工艺路线及其杂质，原研路线）和4-哌嗪基苯并噻吩盐酸盐（BRX-S3）作为原料。合成步骤包括两步反应：以7-羟基-2-喹诺酮作为起始原料，与1-溴-4-氯丁烷进行亲核取代形成四碳链中间体BRX-2；接着与4-哌嗪基苯并噻吩盐酸盐进行亲核取代形成所需的依匹哌唑粗品（如图5）。[4]

  通过液质联用（LC-MS）技术仔细研究了工艺路线中可能的杂质，并推导了其化学结构（如图6和7）。通过巧妙地路线设计，采用化学合成的方法将这些中间体一一合成出来，确证了其结构后，即被用于依匹哌唑原料药的质量监控。

  图6 LC-MS数据和第一步反应可能的杂质（左）、第二步反应可能的杂质（右）

  确证了依匹哌唑原料药杂质的化学结构和相应的质控标准后，对依匹哌唑的工艺路线进行了逐步优化，其产品（purified BRX (API)）主要杂质的含量都小于万分之二，符合依匹哌唑原料药的要求和ICH的规定（如图8）。

  右雷佐生（Dexrazoxane）是Kurt Hellmann于1972年发现，后被开发成注射液，用于减轻或减少蒽环类抗生素（如多柔比星）化疗引起的心肌毒性的一种抗肿瘤辅助药物。印度尼赫鲁科技大学的Konda课题组通过高效液相色谱（HPLC）、LC-MS、高分辨质谱（HRMS）和二维核磁（2D-NMR）的方法系统性地研究了右雷佐生两个未知杂质的结构。[5]右雷佐生最后一步合成是通过四酸化合物Tetraacid与甲酰胺在高温下缩合制备得到，在这一步反应中会得到五个已知的杂质（如图9）。

  通过产品进一步的HPLC分析发现，在37.60和43.84分钟仍然有一定含量的两个未知杂质出现，作者通过LC-MS获知了其分子量，之后采用制备级HPLC分离得到两个杂质的纯品，通过HRMS分析了其元素组成，一维核磁和二维核磁推导了其化学结构。最后，作者通过化学合成方法制备得到推测结构的两个化合物最终确认了杂质的结构。作者详细分析了右雷佐生的所有杂质的结构，为其原料药工艺生产中的质量控制打下坚实的基础。

  药物中未知杂质能否检出主要依赖于人类的认知水平的提高，以及检验测试手段的发展；尤其是对基因毒性杂质的研究，则是一个逐渐深入的过程。