回望歷史，自1906年第一部PFDA問世至今已有120年：藥品監管從“無為”走向“有為”。 1938年PFDA 修正案FDCA首次將動物實驗嵌入藥品審批流程。84年後的2022年，FDA現代化法案2.0則取消了動物試驗的強制要求。三年來，FDA現代化法案3.0等相繼出臺，意味著動物實驗的時代正在衰退。向前眺望，動物實驗它不會一夜之間消失，一個由AI+類器官+數字孿生和少量必不可少的動物實驗組成的遵循漸進式的“分階段方法”（staged approach）新模式正在成型、成熟之中，然而，仍有諸多挑戰需要跨越。正如《自然》2025年10月所述：“真正決定NAM命運的，並非技術概念，而是驗證”。
1、藥品監管從“無為”走向“有為”---1906年
2、動物實驗嵌入藥品審批流程--1938年FDCA法案
3、動物實驗從強制到強化------1962年Kefauver-Harris修正案
4、動物替代技術的探索------1997年FDAMA 1.0
5、動物替代技術的破冰------2022年FDAMA 2.0
6、動物替代技術的落地------轉捩點與2025年FDAMA 3.0
7、NAMs面臨的挑戰與考量
8、範式升級：電腦類比與人工智慧-----預測的力量
9、第四範式：未來圖景-----AI融合與數位孿生
1、藥品監管從“無為”走向“有為”
19世紀末20世紀初，美國工業化、城市化進程導致食品與藥品摻假（adulterated）問題日益嚴重，發展到了令人觸目驚心的地步。在公眾不滿的背景下，美國婦女組織率先發起對食品藥品問題的調查與施壓，曾任農業部化學局總化學師的哈威·威利（Harvey Wiley）長期致力於對食物添加各種化學防腐劑的研究，引起全國性的關注。厄普頓·辛克雷爾（Upton Sinclair）1906年出版的小說《屠場》（The Jungle）對芝加哥肉類加工廠衛生亂象的揭露，引發公眾強烈憤慨。這些因素的疊加導致了1906年6月30日美國國會通過《純淨食品及藥品法》（Pure Food and Drug Act，PFDA）並由時任總統的希歐多爾·羅斯福簽字生效。
Wiley原來認為任何物質都可以添加到食物中，只要清楚地標識其含量。威利認為，每年至少有成千上萬的人死於專利藥品和摻假食品，為此，威利在報紙上公開招募年輕人作為志願受試者，成立了被新聞界稱為“試毒小隊”的試驗小組，這是第一個有關常用化學防腐劑對人體影響的研究。他從試毒小隊的被試者看添加劑是如何引起疾病的。他在國會做證說：​“我是被我自己的調查所改變。​”這是美國醫學史上第一次進行的兩個人以上的臨床試驗，儘管與現代臨床試驗相比還不夠完善，但它開創了美國政府依靠科學實證決策的先河，這個傳統經過不斷改良，一直延續到今天。因此，PFDA也被稱為“威利法”（Wiley Act）。
PFDA或Wiley Act的本質是美國食品藥品監管從“無為”走向“有為”的第一步，奠定了標籤真實、標準統一、跨州執法三大基石。該法核心目標是打擊食品摻假（如用硼砂防腐、粉筆末增重麵粉）和藥品標籤欺詐（如宣稱“包治百病”卻無活性成分），而非建立現代藥物研發監管體系。值得注意的是，1906年的PFDA中未規定、未提及、也未授權任何動物實驗要求，也就是說該法案與動物實驗毫無制度關聯。然而，它開創了用人體研究化學物品的先河。
2、動物實驗嵌入藥品審批流程—1938年FDCA法案
1930年代初，公眾健康危機頻發，尤其是1937年“磺胺酏劑事件”（Elixir Sulfanilamide Incident）：美國一家老牌藥廠田納西州馬森吉爾（S.E.Massengill）藥廠為方便兒童服用，用二甘醇代替酒精作溶劑製成磺胺酏劑兒童口服液，並迅速推向市場。當年秋天，美國醫學會（AMA）收到報告，懷疑這種磺胺導致了死亡，AMA立即進行了檢測，發現作為溶劑的二甘醇有毒，FDA馬上開展了藥物召回，但還是在短短的2個月時間內導致107人（大多數為兒童）死亡的惡性藥物事件。那時，“磺胺酏劑事件”讓當時的法律弊端和漏洞暴露無遺，暴露出舊法對藥品安全性零強制審查的致命缺陷。回顧這起悲劇，其實並非不可避免，簡單的動物實驗即可發現二甘醇的毒性，甚至查閱當時的科學文獻就能找到二甘醇損害腎功能的報導。
PFDA立法的缺陷不斷披露，到了1933年，當時的FDA局長抱怨1906年立法的缺點，並將這一意見通過總統智囊團成員蓋伊·特格韋爾（Rexford Guy Tugwell）轉達給佛蘭克林·羅斯福總統，進而獲得了對1906年法案進行修訂的批示，特格韋爾的法案於1933年6月由醫生瑞·科普蘭（Royal Copeland）遞交給參議院。1937年“磺胺酏劑事件”直接推動國會加速立法進程，歷經五年博弈，最終於1938年6月25日由佛蘭克林·羅斯福總統簽署生效，這就是《聯邦食品、藥品和化妝品法案》（Federal Food, Drug, and Cosmetic Act ，FFDCA，FDCA，或FD&C Act)。之前，從1906年至1935年PFDA已經經歷了7次修改。
1906年PFDA法案的監管邏輯是“事後懲戒”： 發現摻假或錯誤標識（misbranding）即沒收貨物、罰款或監禁；而1938年FDCA轉向“事前准入”：新藥須先證安全（後加有效），才可銷售。這一範式的轉變，才使動物實驗從科研手段升格為法律義務，也就是說，真正將動物實驗嵌入藥品審批流程的是1938年FDCA。
FDCA是授權法（enabling statute），該法案第505條明確規定：任何新藥在進入人體臨床試驗前，必須提交安全性證據。該法案並未主動“規定動物實驗”，或者說法案本身未明文寫“必須用動物”，而是通過設定安全性證據門檻，在技術局限下，因缺乏替代手段，當時唯一被認可的非人類驗證方式，就是動物試驗，使其成為唯一路徑，也就是說，動物試驗事實上成為不可繞過的強制性步驟。後續實踐中，FDA通常要求至少兩種動物資料——一種齧齒類（如大鼠）、一種非齧齒類（如猴或狗），以覆蓋代謝與毒性反應差異。值得注意的是，1938年法案初衷是防止人命損失，而非保護動物；動物福利議題直到1959年“3R原則”提出才系統化。
3、動物實驗從強制到強化-- 1962年Kefauver-Harris修正案
1938年FDCA存在較大的局限性：該法律沒有賦予FDA確保藥品品質的權力，甚至都沒有要求藥品的療效要跟廣告說的那樣。
1957年，西德製藥廠梅里爾生產了一種安眠藥沙利度胺，因對妊娠嘔吐有明顯的療效，因此也被稱為“反應停”。一時各國爭相上市，使用極為廣泛。歐洲的醫生開始發現一個奇怪死亡臨床現象，越來越多的畸形嬰兒誕生，其中最為普遍的是海豹肢畸形嬰兒，也稱海豹兒或海豚兒。直到1961年10月，在西德（聯邦德國）召開的婦產科學術會議上，德國兒科遺傳學家維杜金德·倫茨（Widukind Lenz） 正式報告了沙利度胺（反應停）與大量新生兒嚴重畸形之間的關聯。回顧性資料發現所有這些畸形胎兒的母親都曾服用過反應停，這就是震驚世界的反應停事件。雖然“反應停慘劇”僅僅涉及藥品安全性，而與藥效無關，但它給人們敲響了必須重視藥品安全性的警鐘。
1960年9月，格蘭泰公司向FDA提交了藥品申請，而當時負責審批的是FDA醫學部官員法蘭西斯•凱西（Frances Kelsey）。她敏銳地發現了藥物研發資料的問題，認為動物實驗所獲得的毒理學資料不可靠，因此延遲了反應停在美國的上市。與此同時，全球約1-1.2萬名嬰兒因沙利度胺致畸，其中西德占40%（約5000例），許多患兒伴隨耳聾、心臟缺陷等終生殘疾。“反應停”事件的發生，促使了美國藥品管理的立法工作，美國國會於1962年10月將爭論5年之久的Kefauver法案和Harris法案合併修正，形成了《科夫沃-哈裡斯修正案》(Kefauver-Harris Amendments)，也被稱為“1938年《聯邦食品、藥品和化妝品法案》的KH修正案”（簡稱《KH修正案》）。該法案明確規定，所有上市藥品必須提供藥品安全性和有效性證據，動物實驗成為驗證藥物療效的主要手段——這一舉措為分階段的臨床試驗體系奠定了基礎。
Kefauver-Harris修正案賦予了FDA批准新藥進入美國市場前，要求提供“充分且有良好對照的調查”以證明其有效性的權力。還導致了對1938-1962年間所有獲批藥物的回顧性審查。這些創造和終結市場的權力也與一種新的知識生成結構聯繫在一起：即現在被視為任何藥物生命週期然組成部分的1期、2期和3期試驗的有序序列。
Kefauver-Harris修正案的另一成果是引入GLP（Good Laboratory Practice，良好實驗室規範）概念，最初為應對資料造假事件而建立。為應對國會聽證會（Kennedy Hearings）揭露的研究舞弊，美國FDA於1978年12月22日公佈最終版《藥物非臨床研究品質管制規範》（21 CFR Part 58），並於1979年6月20日正式生效。我國於1988年首次頒佈GLP管理規範。GLP強調“可重建性（reconstructable）”——即他人能依據原始記錄完整複現整個實驗過程，這是其區別於一般SOP的核心邏輯。

4、動物替代技術的探索------1997年FDAMA 1.0
1938年FDCA奠定了現代藥物監管基石，使動物實驗從科研慣例升格為法律事實上的強制環節，即動物實驗成事實標準。然而，1962年Kefauver-Harris修正案帶來一個始料未及的後果：新的舉證責任似乎使得藥物研發過程既更加昂貴，也更加漫長，導致藥品價格上漲，並出現了一種“藥品滯後”現象。
1938年FDCA實際上要求在開始人體試驗前必須提供動物資料。然而，就在這一規定實施後不久，要求遏制其過度使用的聲音便出現了。1959年，英國科學家威廉·羅素（William Russell）和雷克斯·伯奇（Rex Burch）在《人道實驗技術原理》（The Principles of Humane Experimental Technique）一書中首次闡述了如今已成為經典的實驗動物的“3R原則”---替代（Replace）、減少（Reduce）、優化（Refine），為監管機構和倫理學家提供了一種關於替代方案的共同語言。
美國《動物福利法》（Animal Welfare Act,AWA）最早於1966年簽署生效，是全球首部系統性規範實驗動物、展示動物及商業運輸動物待遇的聯邦法律。其初衷聚焦實驗室動物管理，後經多次修正擴展適用範圍。在20世紀70年代和80年代，美國防止虐待動物協會以及後來的善待動物組織（PETA）等宣導團體將實驗動物福利變成了主流公眾關注的問題。他們的運動幫助推動了《美國動物福利法》修正案的通過。1981年，美國在修訂《動物福利法》時，首次將3R原則正式納入聯邦法律框架：替代，優先使用非動物模型（如細胞培養、電腦類比）或低等動物替代高等動物；減少，通過改進實驗設計，最小化動物使用數量；優化，確保動物飼養環境舒適，實驗操作中採用麻醉、鎮痛等措施減輕痛苦。同時，法案還強制要求所有使用實驗動物的機構必須成立機構動物護理和使用委員會（IACUC），負責審核實驗方案的倫理合規性。法案未覆蓋大鼠、小鼠、鳥類等常用實驗動物，被批評存在漏洞。

中國則以2006年科技部指導意見為起點，首次在國家級檔中明確要求宣導3R原則，並強調“科學、合理、人道地使用實驗動物。”相較於舊指令（86/609/EEC），歐盟2010/63/EU指令是全球首個將3R全面法定化、可問責、可執法的區域性法律框架，要求所有涉及脊椎動物的科研、教學和檢測活動，必須在專案審批前提交3R落實方案，並接受倫理委員會審查。
《食品藥品管理局現代化法》（Food and Drug Administration Modernization Act, FDAMA）於1997年11月21日由克林頓總統簽署生效。是美國藥品與醫療器械監管體系的一次里程碑式改革，首次系統引入“最小負擔”（Least Burden）原則，是對1938年FDCA的深度現代化修訂，標誌著FDA從“合規審查型”向“科學協同型”監管轉型。FDAMA首次在法案層面認可了體外細胞模型、電腦類比等非動物測試方法可作為動物實驗的替代方案。規定藥企在提交藥物安全性和有效性證據時，可採用"與動物試驗同等科學效力的替代方法FDAMA並非單一法律，而是以“現代化”為名、分階段推進的系列修法行動，核心目標是減少對動物實驗的依賴、加速藥物研發、提升人體相關性預測能力。FDAMA通過允許體外細胞模型替代部分動物實驗，標誌著藥物安全評估從"動物依賴"向"人體相關性"轉型的起點。其核心價值在於為後續技術革新（如AI毒理預測、多器官晶片）掃清了法律障礙。其里程碑意義的是2022年FDAMA 2.0和2024–2025年持續推進的FDAMA 3.0的“破冰”和“落地”。

FDAMA通過後，科學界緊隨其後。1997年，11個聯邦機構成立了“替代方法驗證機構間協調委員會”（Interagency Coordinating Committee on the Validation of Alternative Methods，ICCVAM），國會通過2000年《ICCVAM授權法案》進一步鞏固了其地位。ICCVAM的章程明確指出：在不損害安全性和有效性的情況下，加速接受能夠替代、減少或優化動物使用的測試方法。ICCVAM 是美國推動替代方法從科研走向監管決策的關鍵樞紐，其核心價值在於以法定協調機制打破部門壁壘，以科學嚴謹性保障方法可靠性，以國際合作加速全球接受度。例如，2025年FDA通過ICCVAM框架，正式認可Emulate公司Liver-Chip器官晶片模型用於藥物肝毒性評估，標誌“器官晶片”邁入監管級應用。

Animal Rule（動物法則）是全球唯一成體系的“非臨床療效審批機制”，於2002年7月1日正式頒佈（21 CFR 314.600–650 / 601.90–95），構建“以動物代人”的科學審評框架。動物模型很少能精確反映人類疾病，因此通常需要在多個動物物種中進行測試。Animal Rule不是“跳過臨床試驗”，而是將療效證據鏈從人體轉向動物模型，但安全性證據必須來自真實人體資料，體現“風險-獲益”審慎平衡——其本質是用更複雜的動物科學，換取公共衛生危機下的“時間窗口”與“倫理底線”雙重保障。之後，FDA持續更新配套指南，如2009年《Animal Models—Essential Elements to Address Efficacy Under the Animal Rule》和2015年《Product Development Under the Animal Rule》。截至2024年10月，FDA已依據Animal Rule批准多款關鍵醫療對策（Medical Countermeasures，MCMs），例如，2003年用於預防Soman神經毒劑中毒的首例Animal Rule獲批產品，2023年的Anthrax Vaccine Adsorbed（BioThrax®）加強針方案等。
2004年3月，FDA發表了名為《創新/停滯：新醫療產品的關鍵路徑上的挑戰與機遇》（Innovation/Stagnation: Challenge and Opportunity on the Critical Path to New Medical Products）的白皮書，白皮書列舉了在新醫療產品研發過程中所面臨的困難和對最終結果的不可預測性，並呼籲改進研發過程中所使用的科學工具（如體外實驗、電腦模型、生物標記及新的試驗設計等），並利用最新的生物資訊學成果來評價和預測產品的安全性、有效性及產業化生產的可行性。在該報告中，FDA正式提出了“關鍵路徑計畫”（The Critical Path Initiative，CPI）。CPI的核心目標是解決新藥研發“高投入、低產出、長週期”的困局——當時開發一個新藥平均耗時10–13年、成本超13億美元，但92%通過動物實驗的候選藥物最終因不可預測毒性而失敗。2006年3月，FDA正式發表了“關鍵路徑機遇報告”（FDA’s Critical Path Opportunities Report）和“關鍵路徑機遇清單”（FDA’s Critical Path Opportunities List），在清單中，介紹了對新醫療產品的研發及審評有重要意義的諸如基因組學、蛋白質組學、影像學及生物資訊學等領域。
2007年美國國家研究委員會（NRC）發佈里程碑報告《21世紀的毒性測試：一種願景和策略》（Toxicity Testing in the 21st Century, TT21C），首次系統提出以“毒性通路（toxicity pathway）”為科學基礎的範式革命——即聚焦外源化學物如何干擾人體內源性分子通路（如DNA修復、線粒體功能、炎症信號），進而引發細胞/器官損傷。21世紀毒理學的技術支柱已形成，有害結局路徑（Adverse Outcome Pathway，AOP）已成為“通用語言”，它以分子起始事件→細胞回應→組織損傷→個體/種群效應”為邏輯鏈，將碎片化實驗資料整合為可預測模型（體外+計算+整合三位一體）。體外新方法學（NAMs）：人類3D類器官、器官晶片、幹細胞模型；計算毒理學（In silico）：利用AI/ML模型預測化合物毒性；整合評估框架：以不良結局通路（AOP）為邏輯骨架，將分散的體外資料、計算預測與生物學機制串聯；通過整合測試與評估（IATA）策略，構建穩健的風險評估體系。其最大成果在於：把毒理學從“經驗試錯科學”轉變為“可預測、可計算、可標準化”的現代工程學科。成為“下一代風險評估（NGRA）”的基石。本質是用人類生物學機制替代動物表型觀察，用資料驅動預測替代經驗判斷。其成功標誌不僅是減少動物使用（這一願景催生了Tox21等合作項目），更是構建出可解釋、可複現、可外推至真實人群的精准風險評估體系。