目的线粒体是药物毒性作用的重要靶标。在新药研发过程中,线粒体毒性已经成为多种药物研发失败或临床应用受限的重要因素。一些国际大型制药公司和管理机构纷纷将线粒体毒性评价作为候选药物临床前安全性评价的重要内容。针对药物致靶器官线粒体损伤的特点及可能机制,结合21世纪毒性测试策略,分别从体内和体外试验建立药物致线粒体毒性的评价方法,重点从线粒体氧化应激和线粒体生成角度探讨了药物致靶器官线粒体毒性的可能作用机制。方法应用人源心肌细胞和肝细胞等细胞系,综合采用高内涵筛选(HCS)、基因沉默等技术,通过体外试验研究了抗肿瘤药物多柔比星和解热镇痛药物对乙酰氨基酚等药物致靶器官线粒体毒性特征;同时应用抗氧化防御蛋白MT转基因小鼠通过体内试验观察多柔比星等药物的靶器官线粒体毒性特征与作用机制;过氧化物增殖体激活受体γ共激活因子1a(PGC-1a)和转录因子NR-E2相关因子2(Nrf-2)分别是调控线粒体生成和线粒体氧化应激的重要调控因子,针对药物致靶器官线粒体损伤的特点及其可能的毒性通路,重点从PGC-1a和Nrf-2信号通路研究药物对毒性通路的扰动作用及其与线粒体毒性之间的相关性。旨在药物发现和临床前研究阶段建立快速、敏感的线粒体毒性筛选与评价方法,阐明药物致线粒体毒性的作用机制。结果应用HCS等方法建立了基于人源细胞系的药物线粒体毒性高通量快速筛选方法,阐明多柔比星致心肌线粒体毒性的作用特征,证实多柔比星对PGC-1a等信号通路的干扰作用,提示PGC-1a等可能是调控多柔比星心肌细胞线粒体毒性的重要靶点。通过体内外实验表明金属硫蛋白敲除小鼠及其来源的心肌细胞多柔比星诱导的心肌线粒体毒性更为敏感,明确金属硫蛋白对药物诱导的氧化应激损伤具有保护作用,并阐明其保护作用机制与调节线粒体氧化应激与线粒体生成功能密切相关。结论选择合适的线粒体毒性评价方法和实验动物/细胞模型对药物进行线粒体评价,对于及早发现候选药物可能存在的线粒体毒性风险,阐明药物致线粒体毒性的作用机制具有十分重要的意义。