41款候選藥物遙測(cè)、快照式和馬夾式ECG和血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的非臨床數(shù)據(jù)一致性及臨床轉(zhuǎn)化性

藥物研發(fā)中，ECG和血流動(dòng)力學(xué)分析需遵循多項(xiàng)監(jiān)管指南，核心要求如下：1）ICH S7B（2005）：聚焦小分子藥物進(jìn)入人體試驗(yàn)前的心血管評(píng)估，常規(guī)采用“獨(dú)立非嚙齒類遙測(cè)研究”，即對(duì)植入儀器的動(dòng)物進(jìn)行監(jiān)測(cè)；2）EMA毒性研究指南（2010）：將ECG參數(shù)列為“重復(fù)給藥毒性研究”中“在體數(shù)據(jù)采集”的建議終點(diǎn)；3）ICH M3指南（2009）：雖涉及藥物非臨床研究相關(guān)規(guī)范，但未明確提及ECG參數(shù)作為毒性研究終點(diǎn)。

不同研究場(chǎng)景下，ECG記錄方法不同，而不同方法各有其特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)與不足，且動(dòng)物狀態(tài)會(huì)顯著影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。不同ECG采集方法匯總?cè)缦卤硭尽?/p>

ECG關(guān)鍵影響因素包括兩點(diǎn)：動(dòng)物狀態(tài)與QT評(píng)估。比如動(dòng)物狀態(tài)對(duì)心率（HR）有明顯影響，束縛會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物心率升高，且不同物種反應(yīng)不同。比格犬放松時(shí)HR 60-120bpm，興奮時(shí)>140bpm；食蟹猴休息時(shí)HR 120-160bpm，束縛應(yīng)激時(shí)≥240bpm；G?ttingen小型豬受影響最小，遙測(cè)狀態(tài)下休息HR 50-70bpm，處理時(shí)仍<100bpm（Holter ECG測(cè)得休息HR約80bpm）。QT評(píng)估也會(huì)對(duì)ECG造成干擾，興奮/應(yīng)激導(dǎo)致的高心率，會(huì)使通用QT校正公式失效—對(duì)犬高估QT間期，對(duì)猴、小型豬低估QT間期，可能出現(xiàn)假陽(yáng)性或假陰性。精準(zhǔn)校正要求：ICH E14/S7B（2022）問(wèn)答指出，需根據(jù)心率（或RR間期）變化進(jìn)行“個(gè)體QT校正”，但這需要大量QT-RR/QT-HR數(shù)據(jù)，快照ECG因心跳樣本量少無(wú)法實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，盡管快照ECG有明顯局限，但因成本低，仍在非臨床毒理研究中使用。

在心血管毒理研究方面，有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題值得思考：1）真實(shí)藥物研發(fā)場(chǎng)景中，快照ECG、馬夾式ECG與獨(dú)立遙測(cè)研究相比，在檢測(cè)心率和ECG參數(shù)變化上表現(xiàn)如何？2）不同物種在檢測(cè)ECG和血流動(dòng)力學(xué)信號(hào)時(shí)，是否存在差異？3）結(jié)合總Cmax暴露倍數(shù)，非臨床效應(yīng)向I期臨床的轉(zhuǎn)化情況如何？

為回答以上問(wèn)題，羅氏回顧性分析了其內(nèi)部41種分子的臨床前和臨床ECG數(shù)據(jù)，一起來(lái)看下。

研究方法

非臨床研究數(shù)據(jù)

共41種研究藥物（39種小分子+2種肽類），測(cè)試時(shí)間為2005-2023年，涉及132項(xiàng)研究。適應(yīng)癥以神經(jīng)/中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病為主，還包括炎癥、感染性疾病、心血管與代謝疾病、腫瘤。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種屬包括G?ttingen小型豬（6個(gè)項(xiàng)目，15%）、比格犬（11個(gè)項(xiàng)目，27%）和食蟹猴（24個(gè)項(xiàng)目，59%），物種占比約為1:2:4。

暴露量對(duì)比原則：按心血管（CV）參數(shù)類型比如心率、QTc等，對(duì)比不同方法的結(jié)果一致性。如果結(jié)果不一致，需評(píng)估是否是由于不同研究中暴露量不同所致。

遙測(cè)研究

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物狀態(tài)：清醒、自由活動(dòng)的動(dòng)物，每組樣本量多為6只（范圍4-8只）。

儀器與植入：使用ITS?或DSI?遙測(cè)發(fā)射器，ECG導(dǎo)聯(lián)近似Ⅱ?qū)?lián)配置（胸腔內(nèi)或皮下植入，靠近心尖與心底）；動(dòng)脈血壓傳感器植入位置：ITS設(shè)備植入降主動(dòng)脈，DSI設(shè)備植入股內(nèi)動(dòng)脈/髂內(nèi)動(dòng)脈。

研究設(shè)計(jì)：絕大多數(shù)為交叉設(shè)計(jì)，極少數(shù)因條件限制采用劑量遞增設(shè)計(jì)；部分分子會(huì)開(kāi)展多項(xiàng)遙測(cè)研究（GLP與非GLP、單次與重復(fù)給藥），只要有1項(xiàng)研究出現(xiàn)CV變化，即判定為“存在效應(yīng)”。

監(jiān)測(cè)時(shí)間與參數(shù)：給藥前約2小時(shí)開(kāi)始監(jiān)測(cè)，持續(xù)至給藥后24小時(shí)；監(jiān)測(cè)參數(shù)包括平均動(dòng)脈壓、收縮壓、舒張壓、HR、ECG參數(shù)（RR、PR、QRS、QT間期）、體溫。

QT校正方法：采用“個(gè)體概率QT-RR校正”或“個(gè)體QT-HR關(guān)系校正”，后者公式為QTc=QT+個(gè)體校正因子×（HR-HRref）。

暴露量驗(yàn)證：根據(jù)化合物藥代動(dòng)力學(xué)特征，在達(dá)峰時(shí)間（Tmax）后1-3小時(shí)采血，驗(yàn)證遙測(cè)記錄當(dāng)天的全身暴露量。

毒理研究

研究周期：2周至52周。

快照ECG：短暫手動(dòng)束縛動(dòng)物，采用6導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)（雙極導(dǎo)聯(lián)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與加壓肢體導(dǎo)聯(lián)aVL、aVR、aVF）；動(dòng)物束縛姿勢(shì)：犬與小型豬站立或置于吊索，猴仰臥或坐于椅上；測(cè)量時(shí)間點(diǎn)：適應(yīng)期2次，給藥第1周1天（給藥前與Tmax左右）、給藥期內(nèi)和/或給藥結(jié)束時(shí)、恢復(fù)期結(jié)束時(shí)（若給藥期出現(xiàn)效應(yīng)）；記錄時(shí)長(zhǎng)至少30秒，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)選取10個(gè)連續(xù)ECG波形進(jìn)行定量分析（PR、QRS、QT間期、HR）；因數(shù)據(jù)量有限，僅能采用通用QT校正公式（犬用vandeWater公式，犬/小型豬/猴用Fridericia公式，猴用Bazett公式）。

馬夾式ECG：使用Ponemah生理平臺(tái)或EMKA ecgAUTO?系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；動(dòng)物需提前適應(yīng)馬夾；ECG測(cè)量為單導(dǎo)聯(lián)（多為Ⅱ?qū)?lián)），每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的波形取平均值（常用30-120分鐘數(shù)據(jù)段平均）；QT校正以“基于研究前24小時(shí)數(shù)據(jù)的個(gè)體校正”為主，部分情況也用通用校正公式；若需微創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)（小型豬與猴），需在麻醉下將DSIPA-C10-TOX發(fā)射器植入物種適配位置，術(shù)后給予鎮(zhèn)痛與抗生素治療，且手術(shù)需在血壓監(jiān)測(cè)前至少3周完成。

暴露量評(píng)估：在非禁食動(dòng)物中評(píng)估全身暴露量，時(shí)間點(diǎn)包括給藥第1天、給藥最后1周（24小時(shí)內(nèi)5-8個(gè)時(shí)間點(diǎn)），長(zhǎng)期研究需在期間額外增加1-2次評(píng)估；分析時(shí)采用“與ECG測(cè)量時(shí)間最接近當(dāng)天”的全身總Cmax。

臨床數(shù)據(jù)

臨床數(shù)據(jù)主要用于非臨床效應(yīng)的臨床轉(zhuǎn)化驗(yàn)證，聚焦I期研究結(jié)果。

數(shù)據(jù)范圍：24個(gè)項(xiàng)目有可用于轉(zhuǎn)化評(píng)估的人體數(shù)據(jù)，其中20個(gè)項(xiàng)目在非臨床研究中已出現(xiàn)效應(yīng)。

研究類型：回顧I期研究報(bào)告（單次或多次劑量遞增研究），分析對(duì)ECG或生命體征（HR、血壓）的效應(yīng)。

暴露量對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)：采用“最低有效劑量”或“最高無(wú)效劑量”的總血漿Cmax，與非臨床數(shù)據(jù)對(duì)比；部分項(xiàng)目在不同血漿暴露量下出現(xiàn)多種CV效應(yīng)，需對(duì)同一種化合物進(jìn)行多次計(jì)算。

QT校正與分析：主要用Fridericia公式校正HR對(duì)QT間期的影響，2個(gè)項(xiàng)目額外采用個(gè)體校正；臨床QT分析采用分類分析或濃度-QT建模。

研究結(jié)果

41種測(cè)試分子中，僅7種在所有檢測(cè)（遙測(cè)、快照ECG、馬夾式ECG等）中均未對(duì)ECG、HR、血壓（BP）產(chǎn)生影響；剩余34種存在心血管（CV）效應(yīng)，且部分分子同時(shí)存在多種ECG或血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。41種分子中24種進(jìn)入I期臨床，其中4種在非臨床研究中無(wú)任何效應(yīng)。

各心血管參數(shù)具體發(fā)現(xiàn)

心率升高

非臨床檢出情況：41種分子中20種會(huì)導(dǎo)致HR升高，18種被遙測(cè)研究檢出。

18種遙測(cè)陽(yáng)性分子中，15種后續(xù)用馬夾式ECG驗(yàn)證，均確認(rèn)HR升高；2種僅馬夾式ECG檢出，原因是毒理研究暴露量更高。

15種“遙測(cè)+馬夾式ECG均陽(yáng)性”的分子中，4種額外用快照ECG檢測(cè)，雖暴露量相當(dāng)，但均未檢出HR升高；剩余3種遙測(cè)陽(yáng)性分子僅用快照ECG驗(yàn)證，也未檢出HR升高——即快照ECG共7次漏檢HR升高。

臨床轉(zhuǎn)化情況：20種HR升高分子中13種進(jìn)入I期，僅6種在臨床確認(rèn)（暴露量倍數(shù)1-20倍，中位數(shù)2.3倍），7種未轉(zhuǎn)化（暴露量倍數(shù)2.3-87倍，中位數(shù)2.7倍）。

臨床確認(rèn)的6種中，4種用猴模型測(cè)試，2種用犬模型；未轉(zhuǎn)化的7種中，1種用小型豬、2種用犬、4種用猴，無(wú)單一物種表現(xiàn)出更優(yōu)的HR升高預(yù)測(cè)能力。

預(yù)測(cè)效能：進(jìn)入I期的項(xiàng)目中，遙測(cè)/馬夾式ECG漏檢了10種臨床HR升高分子中的4種，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值（PPV）46%、陰性預(yù)測(cè)值（NPV）64%，臨床患病率42%。

心率降低

非臨床檢出情況：3種分子被遙測(cè)研究檢出HR降低，1種后續(xù)用馬夾式ECG確認(rèn)，2種用快照ECG未檢出；另有2種僅馬夾式ECG檢出HR降低，1種因毒性研究暴露量更高，1種原因不明且無(wú)臨床數(shù)據(jù)。

快照ECG的局限性：2種分子在快照ECG毒理研究中被報(bào)告HR降低，1種雖多次判定為心動(dòng)過(guò)緩，但單次及2周重復(fù)給藥遙測(cè)研究均未確認(rèn)；另1種在遙測(cè)與I期臨床中均表現(xiàn)為HR升高——即快照ECG不僅漏檢（假陰性），還存在假陽(yáng)性。

臨床轉(zhuǎn)化情況：7種“任一方法檢出HR降低”的分子中5種進(jìn)入I期，但無(wú)一種在臨床出現(xiàn)HR降低；快照ECG檢出的2種暴露量倍數(shù)<3倍，遙測(cè)/馬夾式ECG陽(yáng)性的分子暴露量倍數(shù)為4、10、12倍。

物種特征：7種分子覆蓋3個(gè)物種（猴3種、犬3種、小型豬1種），犬模型雖使用占比低（27%），但檢出HR降低的頻率略高；唯一“遙測(cè)+馬夾式ECG結(jié)果完全一致”的分子用犬模型測(cè)試，但其在I期臨床（暴露量低14倍）中未出現(xiàn)HR降低。

QTc間期延長(zhǎng)

非臨床檢出情況：41種分子中18種存在QTc延長(zhǎng)，14種被遙測(cè)研究檢出；4種僅馬夾式ECG毒性研究檢出，因該研究暴露量更高。

14種遙測(cè)陽(yáng)性分子中，9種后續(xù)用馬夾式ECG或M11植入式監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，僅4種確認(rèn)QTc延長(zhǎng)（確認(rèn)率44%），5種雖暴露量相當(dāng)或更高，仍未確認(rèn)；

6種遙測(cè)陽(yáng)性分子用快照ECG驗(yàn)證，僅2種檢出（確認(rèn)率33%），且僅1種快照ECG研究暴露量低于遙測(cè)研究。

臨床轉(zhuǎn)化情況：10種“非臨床QTc延長(zhǎng)”分子進(jìn)入I期，僅3種在臨床確認(rèn)（3個(gè)物種各預(yù)測(cè)1種），非臨床暴露量倍數(shù)0.6-2.8倍（中位數(shù)2.3倍），且均用濃度-QT建模分析；7種未臨床確認(rèn)的分子，暴露量倍數(shù)2.3-18倍（中位數(shù)3.2倍），僅用分類分析。

預(yù)測(cè)效能：非臨床研究未漏檢任何I期臨床QTc延長(zhǎng)病例，PPV 30%、NPV 100%，臨床患病率12.5%。

PR間期、QRS間期延長(zhǎng)

檢出頻率：此類效應(yīng)極罕見(jiàn)，數(shù)據(jù)量不足無(wú)法深入分析。僅5個(gè)犬模型項(xiàng)目、1個(gè)猴模型項(xiàng)目檢出PR間期延長(zhǎng)；1個(gè)猴模型遙測(cè)項(xiàng)目檢出QRS間期增寬。

臨床轉(zhuǎn)化：這些效應(yīng)均未在早期臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)。

血壓升高

非臨床檢出情況：11種分子存在BP升高，1種僅小型豬馬夾式ECG+血壓監(jiān)測(cè)檢出（該藥物遙測(cè)未檢出），且該分子在I期臨床中表現(xiàn)為BP降低；10種遙測(cè)陽(yáng)性分子中，2種用馬夾式ECG+血壓監(jiān)測(cè)驗(yàn)證，僅1種確認(rèn)。

物種特征：3種小型豬、6種犬、2種猴模型檢出BP升高，提示小型豬與犬模型檢出BP升高的頻率更高。

臨床轉(zhuǎn)化情況：7種“非臨床BP升高”分子進(jìn)入I期，僅2種臨床確認(rèn)（均為犬模型遙測(cè)檢出，暴露量倍數(shù)10倍、20倍）；其余分子在臨床未出現(xiàn)BP升高，1種甚至在暴露量低0.8-20倍（中位數(shù)10倍）時(shí)出現(xiàn)BP降低。

預(yù)測(cè)效能：1種臨床BP升高分子被猴模型漏檢（但該分子非臨床中已檢出HR升高），NPV 94%、PPV 29%，臨床患病率12.5%。

血壓降低

非臨床檢出情況：9種分子被遙測(cè)研究檢出BP降低，2種后續(xù)用毒性研究驗(yàn)證：1種用M11植入式監(jiān)測(cè)確認(rèn)BP降低，1種用馬夾式ECG+血壓監(jiān)測(cè)未檢出（暴露量相當(dāng)），且兩者均為猴模型項(xiàng)目。

物種特征：5種猴模型、4種犬模型檢出BP降低；臨床確認(rèn)的4種BP降低分子，在兩種物種中分布均勻。

臨床轉(zhuǎn)化情況：9種遙測(cè)陽(yáng)性分子中5種進(jìn)入I期，4種臨床確認(rèn)（暴露量倍數(shù)均<3倍），1種因臨床暴露量低100倍未確認(rèn)；1種小型豬模型預(yù)測(cè)BP降低的分子，在I期臨床中表現(xiàn)為BP升高。

預(yù)測(cè)效能：NPV 95%、PPV 80%，臨床患病率20.8%。

最后

HR變化

HR升高/降低心率變化方面，快照ECG完全不適合檢測(cè)HR變化。即使各研究血漿暴露量相當(dāng)，遙測(cè)中檢出HR變化的化合物，快照ECG均未檢出。原因是束縛操作引發(fā)的應(yīng)激/興奮會(huì)使心率升高，掩蓋藥物導(dǎo)致的HR升高或降低效應(yīng)，導(dǎo)致真實(shí)效應(yīng)無(wú)法識(shí)別。

馬夾式ECG無(wú)需束縛，在檢測(cè)HR升高或降低時(shí)顯著優(yōu)于快照ECG。

臨床轉(zhuǎn)化與預(yù)測(cè)效能方面，非臨床（遙測(cè)/馬夾）對(duì)臨床HR升高的PPV為46%（臨床患病率37.5%）；3種“遙測(cè)/馬夾檢出HR降低”的分子進(jìn)入I期（暴露量低4.1-14倍），均未在臨床出現(xiàn)HR降低。合并HR升高與降低數(shù)據(jù)后，PPV為37.5%。非嚙齒類動(dòng)物中檢出的HR降低，臨床關(guān)注度較低。

QTc間期延長(zhǎng)

方法間一致性低于心率檢測(cè)：

馬夾式ECG/M11植入：9種“遙測(cè)檢出QTc延長(zhǎng)”的分子，后續(xù)用該方法驗(yàn)證僅4種確認(rèn)（44%），且未確認(rèn)的5種暴露量與遙測(cè)相當(dāng)。原因并非QT校正方法差異（均用Holzgrefeetal.,2014的個(gè)體校正），而是毒理研究的“平行組設(shè)計(jì)”存在局限——個(gè)體ECG參數(shù)差異大、T波終點(diǎn)標(biāo)記困難、導(dǎo)聯(lián)放置變異、環(huán)境干擾多，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)敏感性降低。UCB的猴毒性研究回顧（Pawluketal.,2024）也證實(shí)：JET需9只動(dòng)物才能檢出15ms的QTc變化，快照ECG需12只，而獨(dú)立猴遙測(cè)研究?jī)H8只即可檢出6.5ms變化（Baublitsetal.,2021），敏感性差距顯著。

快照ECG：6種“遙測(cè)檢出QTc延長(zhǎng)”的分子，僅2種用該方法檢出（33%）。低檢出率源于束縛導(dǎo)致的高心率、短記錄時(shí)間，以及只能用通用QT校正（無(wú)法像遙測(cè)/馬夾那樣用個(gè)體校正）。

臨床轉(zhuǎn)化與預(yù)測(cè)效能：10種“非臨床QTc延長(zhǎng)”分子進(jìn)入I期，僅3種臨床確認(rèn)，均通過(guò)濃度-QT建模驗(yàn)證，非臨床暴露量為臨床的0.6-2.8倍（中位數(shù)2.3倍）；7種未確認(rèn)的分子，非臨床暴露量為臨床的2.3-18倍（中位數(shù)3.2倍）。

“高暴露未轉(zhuǎn)化”的解釋：ICH E14/S7B問(wèn)答培訓(xùn)材料（2022）指出，非臨床QTc檢測(cè)敏感性比臨床全面QT研究（TQT）低約3倍，即非臨床需3倍更高暴露量才能檢出效應(yīng)；此外，I期臨床常規(guī)ECG記錄的敏感性低于濃度-QT建模或TQT研究，這也導(dǎo)致部分“非臨床高暴露QTc延長(zhǎng)”在I期未檢出。FDA回顧分析（Parketal.,2018）也支持這一觀點(diǎn)——體內(nèi)QTc研究對(duì)臨床TQT結(jié)果的PPV高達(dá)73%-100%（暴露量1-30倍）。

血壓變化（BP升高/降低）

數(shù)據(jù)有一定局限性，快照ECG毒性研究無(wú)血壓數(shù)據(jù)，且很多分子毒理研究即使用馬夾檢測(cè)ECG，也未采集血壓數(shù)據(jù)。

BP升高方面，11種“遙測(cè)/馬夾檢出BP升高”的分子中，犬（6種）和小型豬（3種）占比高，但臨床轉(zhuǎn)化率低——7種進(jìn)入I期僅2種確認(rèn)（29%），且臨床暴露量為非臨床的10-20倍。

BP降低方面，9種“遙測(cè)檢出BP降低”的分子中5種進(jìn)入I期，4種確認(rèn)（80%），非臨床暴露量為臨床的3倍以內(nèi)；第5種因臨床暴露量低100倍未檢出，若暴露量降至10倍以內(nèi)，真實(shí)檢出率可能更高。

高轉(zhuǎn)化原因推測(cè)：藥物致BP降低的機(jī)制較單一（如血管舒張），跨物種轉(zhuǎn)化性好；而B(niǎo)P升高機(jī)制多樣且多為間接作用，轉(zhuǎn)化性差。此外，健康志愿者的“白大衣效應(yīng)”會(huì)使基礎(chǔ)BP升高，可能掩蓋藥物導(dǎo)致的額外BP升高。

最后，在物種分布方面，未發(fā)現(xiàn)任一物種在檢測(cè)心率、QTc和血壓方面時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。

引自：A retrospective analysis of the concordance between cardiovascular effects in telemetry studies, toxicity studies, and early clinical trials

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