近年来，生命科学在理论和技术上有了突飞猛进的发展，使人们对基因和基因组的认识、对生命本质的认识均取得了重要的进展。其中某些学科已与毒理学产生交叉融合，形成了新的分支学科。如基因组学衍生出了毒理基因组学，蛋白质组学衍生出了毒理蛋白质组学，代谢组学衍生出了毒理代谢组学，生物信息学衍生出了虚拟筛选毒理学等，这些交叉分支学科已成为当前毒理学中最活跃的研究领域。新技术、新方法的大量涌现为药物毒理学的发展提供了强有力的技术支持，如包括基因芯片、蛋白芯片、组织芯片、细胞芯片等生物芯片技术，转基因和基因敲除技术，实时定量PCR技术，蛋白质组学技术，代谢组学技术，干细胞培养技术等，这些新技术已经在毒理学研究中得到成功应用。

生物标志物是一个作为生理学、病理学或对于一个治疗干预，能够被客观测量和评价的特征指标。在毒理学研究中，生物标志物是机体对某种化学物质的生物学反应，可以用于评价化学物质的暴露及化学物质对人体器官的毒性效应，作为检测和跟踪疾病的重要工具，应用于观察临床前或临床试验阶段的产品安全性评价、诊断或评估疾病分期以及预测或观察临床反应。在临床研究中，生物标志物是指可以定量测定的，与疾病发生、发展密切相关的各种细胞学、生物学、生物化学或分子指标。生物标志物可以用作疾病诊断或预后评价的参数，也可以用作评价药物干预效果的中间终点。经典的生物标志物如运动后可以测量的血压及血液乳酸改变，糖尿病患者的血糖改变;细胞的DNA、RNA、代谢产物或蛋白质水平的任何特异的分子改变，均可以称为分子生物标志物。FDA在其“药物基因组学数据呈报指南”草案中提出了生物标志物分类方法，指出“有效的生物标志物”是一种得到人们广泛认可的分子，具有生理学、毒理学、药理学或者临床意义的指标。有效的生物标志物是指被广泛接受、研究被重复和验证，其他则被定义为“可能的生物标志物”。

在确定一个生物标记时，美国FDA建议:①该生物标志物在产品研发中可应用于产品的安全性评价;②应用该生物标志物可以选择早期临床试验的剂量范围;③应用该生物标志物可以评价后续试验的疗效-剂量关系;④具有足够证据可以支持该生物标志物可作为筛选进行临床试验患者的工具;⑤具有证据支持该生物标志物作为一替代性疗效评价指标。

美国FDA提出了三类标志物:①风险评价的生物标志物: a.疫苗治疗: FDA建议开发预测疫苗接种后不良反应的标志物，如癌症疫苗接种后可能导致的自身免疫反应; b.细胞及组织治疗:建议开发早期检测免疫反应的生物标志物; c.基因治疗:建议开发预测致癌族群的生物标志物; d.在早期的动物试验阶段，找出与人类发生肝脏、肾脏毒性相关的生物标志物; e.开发预测心脏毒性的评价工具; f.开发基因类生物指标，解释毒理学发生机制;②开发与疾病有关的生物标志物，促进药物的研发;③影像生物标志物。

美国FDA和EMA接受了7个新的肾脏毒性的生物标志物，分别是尿中的肾脏损伤分子( kidney injury molecule-1，KIM-1)、清蛋白、总蛋白、β ₂-微球蛋白、胱抑素C、丛生蛋白和三叶因子3。这些生物标志物可作为在大鼠GLP研究条件下监测药物诱导的急性肾小管或肾小球损害，以及在特殊条件下具体问题具体分析的情况下，监测早期临床试验的肾脏安全，成为药物临床前毒性评价的重要指标。

Bahri等研究发现瓜氨酸可作为分析小肠吸收功能的生物标志物; Huang等研究发现牛磺酸和山梨醇脱氢酶是药物肝毒性的生物标志物。当毒性物质对肝脏组织产生损伤时，血液山梨醇脱氢酶和牛磺酸的浓度增加; Peter等研究发现心肌肌钙蛋白( cardiac troponin，cTn)是目前诊断心肌坏死特异性最强和敏感性较高的首选标志物。

国际上倡导的动物福利和实验动物的3R原则，即:①减少( reduction) :在遵循科学原则的基础上，通过合理的试验设计，使用比原方案少的实验动物获取同样多的试验数据;或使用一定数量的动物获得比原方案更多的试验数据的科学方法;②替代( replacement) :使用没有知觉的实验材料代替活体动物，或使用低等动物替代高等动物进行试验，并获得相同试验结果的科学方法;③优化( refinement) :通过改进和完善试验程序，避免、减少或减轻给动物造成的疼痛和不安，或为动物提供适宜的生活条件，以保证动物健康和康乐，保证动物试验结果可靠性和提高实验动物福利的科学方法。《中国药典》中提出:“应尽量采用准确的化学方法、物理方法或细胞学方法取代动物试验进行生物制品质量检定，以减少动物的使用。”3R原则也反映了实验动物科学由技术上的严格要求转向质量严格与善待动物相结合的管理，提倡实验动物福利和动物试验伦理。

美国体外替代方法机构间协调委员会( Interagency Coordinating Committee on the Validation of Alternative Methods，ICCVAM)成立于1994年，由15个美国联邦政府机构和研究机构组成，宗旨是建立联邦政府管理可接受的毒理学试验方法的标准和程序，参与替代方法的标准化、验证、管理、采纳及实施; ICCVAM颁布了“修订的化学物急性毒性测定方法——上/下法程序”，建议替代传统的半数致死剂量试验;也发表了“应用体外数据估计体内急性毒性剂量的指导原则”;为了评价化学物潜在皮肤腐蚀性，ICCVAM评价了三种体外替代方法:“EpiSkin ^TMICCVAM评价”、“大鼠皮肤跨皮电阻检验”、“评价化学物潜在皮肤腐蚀性的体外试验方法”。

1993年成立欧洲替代方法验证中心( European Centre for the Validation of Alternative Methods，ECVAM)，其宗旨与ICCVAM非常相似，贯彻实验动物的3R原则，评价和验证了各种各样的体外替代方法。在1997年签发了支持和接受“3T3中性红摄取光毒性( NRU-PT)试验方法的验证”;在1998年ECVAM认可EpiSkin ^TM方法，并认为它是经过科学验证的方法，可以用作为动物试验的替代方法，推荐管理机构接受。

欧洲化妆品行业联合会开发的皮肤刺激试验的三个替代方法“多肽反应试验( DPRA)”、“人细胞系活化试验( h-CLAT)”、“骨髓U93细胞皮肤刺激性试验”，这三个试验，ECVAM正在进行验证。

美国FDA认为现代化的产品研发过程，必须将基因学、蛋白质学、组织工程学、造影学以及生物信息学等创新科学领域，加入医药研发的过程，以帮助更准确地预测这些研发中产品的安全性与有效性，提高产品问世的机会。

新技术的发展给当代毒理学安全性评价带来了革命性变革:①及早地使用这些技术，会更快发现问题;②预测性筛选可以过滤更多的化合物，提高候选药物的质量，减少药物开发时间;③多系统方法直接与多个数据流连接(基因表达、蛋白质、代谢产物)，促进更好地开发预测毒理学模型;④各套数据的定量特征可以选择更精确的剂量和确定安全范围( MOS) ;⑤新的毒理学生物标志物将改善临床试验中的决策;⑥发现的毒物基因组学标志物将准许在测试和投放市场时，选择最合适的患者群体。目前，应用比较广泛的毒理组学技术主要包括:毒理基因组学、毒理蛋白质组学和代谢组学技术，分别在基因水平、蛋白质水平和机体代谢改变三个层次预测药物特别是先导化合物的毒性作用和研究其毒性作用机制。

自20世纪80年代初首例转基因小鼠诞生以来，全球已经建立了种类繁多、数量较大的转基因动物群体。转基因动物模型在药物的生产、安全性评价、药物研发和机制研究等方面均具有重要的作用，例如:①应用转基因牛、羊、猪等新型的生物反应器生产贵重的药用蛋白，如t-PA、凝血因子Ⅷ和Ⅸ等;②转基因疾病动物模型，如癌症转基因动物模型、免疫缺陷动物模型等。转基因动物模型可以研究疾病的发病机制，筛选治疗性药物，测试新药的致癌性等。

转基因动物模型用于安全性评价具有诸多优势:①表现在对受试物的敏感性增加，例如，过量表达癌基因的转基因动物模型，如 Tg. AC小鼠、 HK-fos转基因小鼠、 rasH2转基因小鼠、携带激活的人 ras原癌基因小鼠等，对化学致癌剂的敏感性提高了许多倍;②转基因动物模型用于安全性评价，可以节省时间，缩短试验进程，减少动物的用量，符合3R原则;③可以替代大型动物的应用，例如脊髓灰质炎口服疫苗的神经毒性评价一般选用猴进行;但是，采用 TgPVR21转基因小鼠可以替代猴进行神经毒性测试;④ICH指导原则规定，药物安全性评价，在没有相关种属动物时，可选用表达人受体的转基因动物模型进行。

国际上认可的致癌试验转基因动物模型是:① Tg. AC转基因小鼠致癌试验模型; ② rasH2转基因小鼠致癌试验模型，该转基因模型不仅可用于筛选致癌物和癌症诱导因子，还可用于筛选抑制癌症的药物;③ p53 ^+/－转基因小鼠致癌试验模型， p53基因缺失、突变、重排、被反转录病毒转化失活等情况下，都可能导致恶性肿瘤表型;④ Xpa ^－/－转基因小鼠致癌试验模型，该模型对紫外线及一些致癌性化学物非常敏感，能诱导产生多种内脏肿瘤。ICH等国际组织推荐4种转基因小鼠模型( rasH2、 Tg. AC、 p53 ^+/－、 Xpa ^－/－)替代传统的2年期的啮齿类动物致癌性试验。

这两种模型已经被证实，并被推荐应用，但是，OECD没有指导原则。

① cⅡassay ( Big Blue mouse and Muta ^TMMouse) ; ②gpt delta mouse and rat model;③The LacZ plasmid mouse model;④没有获得广泛数据，但是正在开发的转基因小鼠模型有: X174E/A转基因小鼠模型、 supF转基因小鼠模型、 pKZ1转基因重组模型、 rpsL转基因小鼠模型;⑤Komer建立了携带有哺乳动物细胞色素P450的果蝇模型，用于药物致突变和致癌性筛选。

口服脊髓灰质炎减毒活疫苗的安全性，主要采用猴神经毒力试验。但是，考虑到动物伦理及保护、动物来源、成本、工作量等因素，WHO支持两个实验室建立了携带人脊髓灰质炎病毒受体 TgPVR转基因小鼠，并比较了转基因小鼠与猴对脊髓灰质炎病毒3型的神经毒力检测的敏感性。1999年，WHO生物标准专家委员会同意应用转基因小鼠的神经毒力试验替代猴作为脊髓灰质炎3型疫苗的神经毒力评价手段，在2000年WHO同意用于评价脊髓灰质炎1型和2型疫苗。

有ZP3透明带硫酸糖蛋白基因敲除小鼠模型、雌激素受体基因或孕激素受体基因敲除鼠模型、DNA甲基转移酶基因敲除鼠模型等。

ICH S6生物技术药物临床前安全性评价的指导原则中，明确规定在没有毒理学评价“相关种属动物”模型时，可以考虑用表达人受体的转基因动物进行药物毒性评价，即利用转基因技术，将表达生物技术药物在人体和实验动物的作用靶点进行克隆、表达和纯化，使这些动物人为地转变为“相关种属动物”;与人类疾病发生相似的动物模型，包括诱发和自发模型、基因敲除模型、转基因动物模型等。这些动物模型不仅能用于深入研究新药药效、药代动力学，以及放射剂量测定，还可用于评价药物的安全性。例如应用表达人CD4的转基因小鼠模型评价生物技术药品——抗CD4单克隆抗体。

已经建立了敲除了P450酶家族CYP1A2、CYP2E1和CYP1B1基因的基因敲除鼠模型，以研究这些酶在毒物代谢活化中的作用等。

如在敲除了肿瘤坏死因子TNF和白细胞介素-6( IL-6)基因的转基因小鼠研究发现，这些细胞因子对部分肝切除或者CCl ₄引起的肝损伤和修复起着关键作用。