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有濟(jì)說 | 比格犬用于QT間期延長評估的一般考慮

藥物潛在的致心律失常作用是藥物開發(fā)過程中一個備受關(guān)注的風(fēng)險因素，當(dāng)患者伴有低血鉀、結(jié)構(gòu)性心臟病、心動過緩等基礎(chǔ)疾病時，發(fā)生室性快速型心律失常的風(fēng)險將大大增加。目前已經(jīng)證明，藥物導(dǎo)致心臟復(fù)極化的過度延長可能是該風(fēng)險出現(xiàn)的主要原因[1]。因此在臨床前安全性評價研究階段，通常要進(jìn)行藥物對心室復(fù)極化過程的影響評估，其主要參考指標(biāo)即QT間期。






一、QT間期及評估策略

QT間期指心電圖中從QRS波起始到T波終末的時間，包括QRS波時限、ST段長度和T波寬度。QRS波相當(dāng)于心室肌細(xì)胞動作電位0期（除極期），ST段相當(dāng)于心室肌細(xì)胞動作電位2期（平臺期），T波相當(dāng)于心室肌細(xì)胞動作電位3期（快速復(fù)極期）（如圖1）。故QT間期代表心室除極和復(fù)極過程的總時程[2,3]。

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圖1 人心肌電生理概圖[3]


ICH S7A和NMPA相關(guān)藥物安全藥理學(xué)研究技術(shù)指導(dǎo)原則對于藥物首次人體用藥前的安全性評價進(jìn)行了規(guī)定，比如應(yīng)該完成安全藥理學(xué)的核心組合試驗[4]，應(yīng)該考慮開展評估心室復(fù)極化延遲和QT間期延長風(fēng)險的非臨床試驗[5]。其核心策略為體外和體內(nèi)組合的雙陰性策略（ICH S7B）。目前，hERG阻斷和QT間期延長是最被認(rèn)可的藥物早期風(fēng)險標(biāo)志性指標(biāo)[6]。體外評價主要評估藥物對hERG通道（心室復(fù)極化主要的K+離子通道）的阻斷能力；體內(nèi)評價通過檢測實驗動物藥后一定時程內(nèi)Ⅱ?qū)?lián)心電圖的變化來進(jìn)行評估，主要指標(biāo)即為QT間期時長。





二、比格犬用于QT間期延長評估的優(yōu)勢

1

?

應(yīng)用廣泛性

ICH S7A和NMPA相關(guān)藥物安全藥理學(xué)研究技術(shù)指導(dǎo)原則中對于用于安全藥理試驗的試驗系統(tǒng)的提出相應(yīng)的指導(dǎo)意見，應(yīng)考慮相關(guān)的動物模型或試驗系統(tǒng)，考察其藥效學(xué)反應(yīng)特性，藥代動力學(xué)特征，實驗動物種屬、品系、性別和年齡，試驗系統(tǒng)的易感性、敏感性和重現(xiàn)性以及受試物已有的背景數(shù)據(jù)等。比格犬作為非臨床毒理學(xué)試驗中最常用的非嚙齒類動物物種，其有廣泛的藥理、藥效應(yīng)用資料和背景數(shù)據(jù)，通常作為試驗種屬選擇的首選。

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圖2 穿戴遙測設(shè)備的比格犬

2

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離子通道分布的相似性

Ito是心室去極化的重要電流，Kv4.3和KChIP2在人與犬兩個物種中均有表達(dá)，Kv4.3則作為主要亞基對兩個物種的心室Ito均具有明顯的貢獻(xiàn)[7]。從離子通道水平上看，犬與人具有較高相似性的INa-late，這是哺乳動物心肌細(xì)胞動作電位平臺期的重要電流，被認(rèn)為與心律失常相關(guān)[8]。此外，犬與人類具有相似的IKr密度和動力學(xué)特征以及相近的ERG和KvLQT1 (IKrandIKs 的α亞基) 的mRNA表達(dá)水平[9]。

3

?

解剖生理學(xué)的相似性

在組織學(xué)水平上，犬心肌細(xì)胞模型幾乎是代表了人心室細(xì)胞特性的最佳模型[10]。兩個物種間竇房結(jié)離子通道蛋白及細(xì)胞間通訊具有較高相似性[11]。因此通常會選擇犬進(jìn)行藥物對心血管系統(tǒng)影響的安全性評價試驗。

4

?

體內(nèi)代謝特征的相似性

大部分小分子藥物在比格犬體內(nèi)與在人體內(nèi)相比具有相似的藥代動力學(xué)特征?，F(xiàn)有研究已經(jīng)證明，使用清醒犬進(jìn)行體內(nèi)QT間期測定是評估人類藥物延長QT間期的有用模型。另有一些研究通過回顧性藥代動力學(xué)-藥效學(xué)（PKPD）分析來評價藥物血藥濃度與QT間期延長的關(guān)系，證明這種關(guān)系在犬與人之間也具有一定相關(guān)性，因此可以通過藥物在犬上的血藥濃度-QT延長相關(guān)關(guān)系外推藥物對人QT間期的影響[1]。






三、比格犬在安全藥理學(xué)試驗中的應(yīng)用

使用比格犬進(jìn)行體內(nèi)研究，建議盡量采用清醒動物，比格犬的數(shù)量，每組一般不少于6只，一般為雌雄各半[12]。

安全藥理學(xué)試驗一般采用單次給藥的方式。比格犬作為整體動物實驗，給藥途徑首先考慮采用臨床擬用途徑。給藥劑量上，應(yīng)將引起實驗動物不良反應(yīng)的劑量與藥效學(xué)劑量/臨床擬用劑量進(jìn)行比較，劑量應(yīng)包括和高于主要藥效學(xué)或治療劑量范圍，最高劑量應(yīng)該設(shè)定為在本試驗或具有相似給藥途徑和給藥期限試驗中產(chǎn)生中等程度不良反應(yīng)的劑量[4]。

比格犬常用于小分子化學(xué)藥物的非嚙齒類動物安全藥理學(xué)評價。對于常規(guī)小分子化學(xué)藥物，安全藥理學(xué)試驗通常獨立開展，利用拉丁方實驗設(shè)計，通過單次給藥的方式對比格犬心血管系統(tǒng)指標(biāo)的變化進(jìn)行評估。因為物種親緣性關(guān)系，考慮到受試物藥效作用機(jī)制與人的相關(guān)性，對于大分子蛋白類受試物或其他生物制品，比格犬一般不作為安全藥理試驗系統(tǒng)首選，需要前期試驗表明種屬選擇的合理性。






四、使用比格犬時QT間期的校正

采用比格犬整體動物進(jìn)行心室復(fù)極化或相關(guān)心律失常研究可評價所有離子通道和細(xì)胞類型的綜合作用[5]。心電圖QT間期是測定受試物對心室復(fù)極化作用的最常用指標(biāo)，在大多數(shù)被檢查的物種中，QT間期的持續(xù)時間與試驗系統(tǒng)的心率呈負(fù)相關(guān)。因此對于不同種屬的整體動物實驗，還應(yīng)考察合適的經(jīng)心率矯正的QT間期，即QTc[13]。

Bazett公式（QTcB）在心率過慢時校正過度，過快時會校正不足（心率在60~100 bpm使用最佳），F(xiàn)ridericia公式（QTcF）同樣存在慢心律下的不足，但是在快心率時比Bazett公式要更加準(zhǔn)確。Bazett公式和Fridericia公式應(yīng)避免糾正犬QT間期，一般可以使用Van de Water公式（QTcV）進(jìn)行計算[14,15]。






五、比格犬與人的種屬差異

在分子生物學(xué)水平上，犬與人仍存在種屬間的差異。在心肌細(xì)胞上，犬和人IKr的分布密度和動力學(xué)相近，但是犬IK1和IKs的密度分別是人類的3.0倍和4.5倍；此外，相較于犬，人具有更高的ICa分布密度、更低的Ito分布密度；這種離子通道的差異可能造成人與犬對某些藥物的敏感程度存在較明顯的差異。例如，多非利特（IKr選擇性阻滯劑）能夠引起犬和人類復(fù)極化動作電位的延長，但相較于犬，人延長的效果更加明顯，約為犬的3倍[8]。這可能是因為犬心肌細(xì)胞的IKs通道密度更高，在一定程度上抵消了多非利特對IKr離子通道的抑制作用，即犬具備更大的復(fù)極化儲備。（不同時期人心肌細(xì)胞離子流情況見圖3）

Ito是心室去極化的重要電流，人類心室Ito在電壓依賴性、失活動力學(xué)和電流衰減速率方面與犬有顯著不同。Kv4.3作為兩個物種心室心肌Ito通道的主要亞基，在表觀分子量上有顯著差異。類似這種內(nèi)在差異可能是不同物種間異質(zhì)性的基礎(chǔ)。因此在犬實驗?zāi)Ｐ椭型茢嗨幬飳?em style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; text-indent: 32px; letter-spacing: 0.034em; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">Ito的影響時需要謹(jǐn)慎[7]。


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圖3 成人心室肌細(xì)胞動作電位與離子流圖[9]


結(jié)語

藥物潛在的致心律失常風(fēng)險是藥物開發(fā)過程中需要關(guān)注的重點。檢測動物給藥前后QT間期變化是主要的體內(nèi)評價策略。清醒犬是評估人類藥物延長QT間期的主要實驗動物。雖然犬與人類在心肌細(xì)胞離子通道的分布上存在一定差異，但其對于QT間期延長藥物的反應(yīng)趨勢與人類是一致的，結(jié)合其代謝動力學(xué)特征和經(jīng)濟(jì)性，其仍是作為QT間期延長評估的最佳實驗動物種屬選擇。


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