過去20年QT間期延長與心律失常非臨床評價的進展

ICH S7B指南于與ICH E14指南同年發(fā)布。E14指南是為了應(yīng)對因心臟安全性問題導(dǎo)致的藥物退市而制定的，而S7B指南則是對S7A指南的補充和擴展，它概述了一種非臨床檢測策略，用于評估候選藥物延遲心室復(fù)極化的風(fēng)險。除了對心室復(fù)極化相關(guān)的關(guān)鍵心臟離子通道進行體外評估外，通常還會在植入遙測設(shè)備以監(jiān)測心電圖（ECG）和動脈血壓的清醒大型動物中進行非臨床體內(nèi)QTc評估。

自2005年以來，根據(jù)ICH E14指南以及隨后的問答文件（Q&As）的要求，所有具有系統(tǒng)暴露的新藥都需要開展臨床全面QT（TQT）研究，以確定QT延長是否超過監(jiān)管關(guān)注閾值（即在任何給藥后時間點的平均增加超過5毫秒）。自TQT研究實施以來，沒有藥物因QT問題被撤市，大多數(shù)情況下結(jié)果為陰性，或者僅顯示出輕微QT效應(yīng)。表明非臨床檢測策略在阻止促心律失常藥物進入臨床方面已經(jīng)取得了成功，現(xiàn)在反而可能是時候優(yōu)化臨床QT評估策略了。

ICH S7B和E14都強調(diào)需要采用綜合評估方法，考慮所有證據(jù)。為了加強這兩個指南之間的聯(lián)系，制定了一套問答文件，以闡明非臨床數(shù)據(jù)如何為臨床研究設(shè)計和監(jiān)管評估提供信息。然而，盡管做出了這些努力，由于對檢測靈敏度和數(shù)據(jù)穩(wěn)健性的持續(xù)擔(dān)憂，根據(jù)ICH S7A和S7B進行的非臨床研究對臨床QTc評估和促心律失常風(fēng)險評估的影響仍然有限。最近的ICH E14/S7B問答文件強調(diào)了在綜合風(fēng)險評估中，體內(nèi)非嚙齒類動物QT檢測的實驗設(shè)計、執(zhí)行、分析、解釋、質(zhì)量指標(biāo)和報告的最佳實踐的重要性。這些最佳實踐旨在增強對非臨床數(shù)據(jù)的信心，并且在某些情況下，可能支持豁免或替代TQT研究。

在此背景下，本文探討下非臨床QT評估過去20年間的演變，并討論下未來的發(fā)展方向，包括納入新方法（NAMs）和計算安全建模。下圖展現(xiàn)了不同指南文件和技術(shù)出現(xiàn)的時間線。

20世紀(jì)90年代：心臟安全性的重要性日益凸顯

其實，自20世紀(jì)60年代以來，人們已經(jīng)知道QT間期異常延長可能會引發(fā)嚴(yán)重的心室性心律失常甚至猝死。但在20世紀(jì)90年代，QT間期在藥物開發(fā)中的重要性才引起足夠重視。尖端扭轉(zhuǎn)型室速（TdP）是一種多形性心室性心動過速，特征是QRS波群的振幅逐漸變化，并圍繞ECG等電位線扭轉(zhuǎn)，其前有心室復(fù)極化延長的表現(xiàn)，心電圖波形表現(xiàn)為QT間期延長。20世紀(jì)90年代，一些藥物因與QT延長和因心室性心律失常導(dǎo)致的猝死風(fēng)險增加相關(guān)而被撤市，如特非那定、西沙必利和阿司咪唑。當(dāng)然，QT/QTc間期延長本身并不是安全性問題，只有當(dāng)它發(fā)展為TdP時，才會真正出現(xiàn)安全性風(fēng)險。

這一波藥物撤市事件標(biāo)志著藥物安全性評估的一個轉(zhuǎn)折點，并引發(fā)了廣泛的關(guān)注，認(rèn)識到在藥物上市前必須妥善評估藥物對QT間期的影響。1997年，EMA——藥品委員會（CPMP）召集了一批專家，起草了一份“Points to Consider”文件，以解決非心血管藥物的非臨床和臨床測試中關(guān)于QT延長的問題。隨后，加拿大衛(wèi)生部在2001年發(fā)布了一份題為“assessment of the QT prolongation potential of non-antiarrhythmic drugs”的文件。這為全球監(jiān)管機構(gòu)評估促心律失常風(fēng)險奠定了基礎(chǔ)。

2000年代：監(jiān)管關(guān)注與非臨床技術(shù)的突破

對提交至FDA CDER的特非那定和非索非那定的藥理學(xué)和毒理學(xué)數(shù)據(jù)的回顧顯示，當(dāng)時對QT間期的影響主要在麻醉的兔子和犬中進行了研究，也在清醒的犬中進行了少量研究。此外，還報告了豚鼠心室細(xì)胞的動作電位持續(xù)時間的影響，以及在貓心肌細(xì)胞和HEK細(xì)胞中對Ikr電流的阻斷作用。這說明當(dāng)時用于記錄心臟復(fù)極化影響的實驗?zāi)Ｐ秃蜅l件非常多樣，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

因此，在眾多藥物撤市事件的背景下，國際社會開始努力標(biāo)準(zhǔn)化與QT間期延長相關(guān)的風(fēng)險評估。2005年，ICH發(fā)布了E14指南，為新藥開發(fā)中的QT評估設(shè)定了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。該文件是一個轉(zhuǎn)折點，規(guī)定所有具有系統(tǒng)暴露的新藥在獲得市場授權(quán)之前，都需要在人體中進行全面QT（TQT）研究。

在非臨床方面，兩個關(guān)鍵指南——ICH S7A和S7B提出了非臨床QT評估策略。2000年發(fā)布的ICH S7A指南涉及藥物的安全藥理學(xué)，強調(diào)需要通過體外和體內(nèi)研究評估藥物對重要系統(tǒng)（包括心血管系統(tǒng)）的潛在影響。雖然該指南并未專門針對QT間期，但它為心血管安全性測試奠定了基礎(chǔ)。

與之相反，2005年與E14同年發(fā)布的ICH S7B指南則更專注于藥物誘導(dǎo)的QT間期延長的非臨床評估，為評估新化合物的促心律失常潛力提供了實驗?zāi)Ｐ秃头椒▽W(xué)的建議。S7B強調(diào)了研究藥物與離子通道相互作用的重要性。例如，許多被撤市的藥物（如特非那定、西沙必利和阿司咪唑）在各自治療濃度下部分抑制了IKr。IKr是快速延遲整流鉀電流，由人類hERG基因編碼，在心室心肌細(xì)胞動作電位的復(fù)極化階段發(fā)揮核心作用。因此，阻斷hERG通道的藥物會減少心肌細(xì)胞的鉀外流，減緩復(fù)極化過程并延長動作電位持續(xù)時間。最終，這種變化會在體表心電圖上表現(xiàn)為QT間期延長，而QT間期是心室復(fù)極化的替代標(biāo)志。

這一時期還見證了復(fù)雜檢測技術(shù)的發(fā)展，包括用于預(yù)測QT延長的體外檢測（以hERG膜片鉗技術(shù)為關(guān)鍵檢測手段）、體外浦肯野纖維細(xì)胞的動作電位測量，以及體內(nèi)動物模型（包括基于遙測技術(shù)的清醒動物連續(xù)心電圖監(jiān)測方法）。使用動物組織（如浦肯野纖維或分離的Langendorff心臟）的體外方法開始被常規(guī)使用。此外，自動化膜片鉗系統(tǒng)等電生理技術(shù)也顯著提高了體外測量的通量。

計算機模型（in silico）也開始出現(xiàn)，通過整合藥物與不同離子通道的相互作用數(shù)據(jù)以及模擬心臟復(fù)極化過程，來預(yù)測藥物對心臟動作電位和QT間期的影響。

與此同時，為了評估QT間期延長是否會在體內(nèi)引發(fā)TdP，研究者嘗試將體外數(shù)據(jù)整合到計算機模型中，并測試了各種替代動物模型和實驗方法。遇到的其中一個挑戰(zhàn)是，與兔子和食蟹猴等相比，健康的犬產(chǎn)生TdP的可能性非常低。在犬的實驗?zāi)Ｐ椭?，通過制造房室傳導(dǎo)阻滯、低鉀血癥、心臟起搏或心肌梗死后狀態(tài)，成功地重現(xiàn)了由奎尼丁、索他洛爾和多非利特等參照藥物在人體中誘導(dǎo)的TdP。然而，這些模型并沒有顯示出對心律失常潛力的更好預(yù)測價值，并且還存在較大的實驗室間差異。

此外，用于QT評估的體內(nèi)研究的發(fā)展與用于測量心血管參數(shù)的遙測技術(shù)的進步是同步的，這些技術(shù)取代了2000年代之前主要使用的麻醉動物實驗。ICH S7A指南中明確指出，未麻醉動物的數(shù)據(jù)更為理想，并且可以從長期植入遙測設(shè)備的清醒且自由活動的動物（如犬、豬或非人靈長類動物）中獲取數(shù)據(jù)，這實際上已成為心血管參數(shù)監(jiān)測以及非臨床體內(nèi)QT評估的“金標(biāo)準(zhǔn)”。最后，根據(jù)ICH S7B指南，從監(jiān)管角度來看，僅需進行hERG檢測以及在非嚙齒類動物（如遙測的大型清醒、自由活動、群居動物）中的體內(nèi)QT評估，作為基本的核心檢測項目。

2010年代：全球跨領(lǐng)域倡議推動ICH E14/S7B重新修訂

2013年，監(jiān)管機構(gòu)和工業(yè)界啟動了綜合體外促心律失常檢測（CiPA）倡議，這是一種用于評估新藥促心律失常風(fēng)險的現(xiàn)代方法，包括一系列非臨床和早期臨床檢測。該倡議旨在補充ICH S7B指南，減少對臨床QT間期測量的依賴，并提供藥物對心臟復(fù)極化和心律失常潛力影響的更全面視角。CiPA整合了多種方法，包括：（1）體外檢測藥物對多種離子電流（包括hERG檢測）的影響；（2）利用計算機模型（in silico）預(yù)測風(fēng)險；（3）在人類干細(xì)胞衍生的心室心肌細(xì)胞模型中進行體外檢測，以測量藥物對類似人類心臟組織的影響；（4）在早期I期臨床試驗中進行ECG監(jiān)測，包括新的ECG生物標(biāo)志物。例如，J-T peak間期被提議作為早期心室復(fù)極化參數(shù)，用于區(qū)分選擇性hERG阻斷劑（被認(rèn)為具有更高的TdP風(fēng)險）和多心臟離子通道抑制劑（被認(rèn)為具有較低的TdP風(fēng)險）。CiPA標(biāo)志著非臨床評估范式的明顯轉(zhuǎn)變，從將QT延長作為TdP風(fēng)險的替代標(biāo)志，轉(zhuǎn)向更深入地理解藥物與心臟電生理學(xué)的相互作用。自2007年Takahashi等人首次引入以來，CiPA中描述的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）衍生心肌細(xì)胞的體外方法已經(jīng)變得十分常見。

與此同時，日本JiCSA于2014年成立，旨在基于尖端iPSC技術(shù)開發(fā)一種新的評估藥物誘導(dǎo)促心律失常風(fēng)險的范式。通過正式的驗證過程，國立健康科學(xué)研究所召集了來自監(jiān)管、工業(yè)和學(xué)術(shù)領(lǐng)域的專家，開發(fā)并驗證了一種新的檢測方法，以更精確地預(yù)測臨床促心律失常風(fēng)險。JiCSA建立了一種微電極陣列（MEA）方案，用于評估人類iPSC衍生心肌細(xì)胞在評估化合物TdP潛力方面的適用性，并完成了一項使用60種化合物的大規(guī)模驗證研究，證明了該模型對尖端扭轉(zhuǎn)風(fēng)險的高度預(yù)測性。重要的是，CiPA和JiCSA都證明了人類iPSC衍生心肌細(xì)胞及其相關(guān)基于電生理學(xué)的技術(shù)在評估新藥候選物的尖端扭轉(zhuǎn)潛力方面的適用性。

2020年代：全面整合的非臨床/臨床風(fēng)險評估的時機

盡管實施了ICH S7B建議，防止了新的與QT相關(guān)的藥物撤市，但仍需要更多地關(guān)注非臨床結(jié)果的轉(zhuǎn)化程度。2018年，F(xiàn)DA向ICH大會建議重新組建一個專家工作組（EWG），通過問答（Q&As）程序?qū)CH S7B指南進行闡釋。同年，ICH批準(zhǔn)并支持了一項描述兩階段方法的概念文件。隨后成立了實施工作組（IWG），成員包括來自監(jiān)管機構(gòu)和制藥行業(yè)的代表。經(jīng)過數(shù)年的努力，第一階段針對E14和S7B的問答文件得以開發(fā)，包括體內(nèi)外非臨床研究的最佳實踐指南。

與此同時，2021年，Vargas等人（共有35位制藥行業(yè)作者）發(fā)表了一篇支持“fully integrated nonclinical clinical risk assessment to streamline QT prolongation liability determination”的制藥行業(yè)觀點文章。同年，ICH發(fā)布了關(guān)于“E14 and S7B Clinical and Nonclinical Evaluation of QT/QTc Interval Prolongation and Proarrhythmic Potential”的問答指南草案，公開征求意見。這一草案首次將非臨床（ICH S7B）和臨床（ICH E14）問答合并為一個文件。經(jīng)過多次討論和區(qū)域監(jiān)管咨詢后，第一階段的問答文件于2022年2月被采納，ICH還發(fā)布了培訓(xùn)材料，以幫助藥物開發(fā)者正確理解和應(yīng)用這些問答文件。問答文件描述了如何使用可靠的非臨床檢測來支持新藥促心律失常評估的監(jiān)管決策。

以下部分簡要描述了不同問答的內(nèi)容以及整合非臨床/臨床風(fēng)險評估的概念。問題1.1和1.2關(guān)注非臨床檢測在整合風(fēng)險評估中的貢獻。具體而言，問題1.1涉及“將非臨床信息用于整合風(fēng)險評估以應(yīng)對心室復(fù)極化延遲和TdP的總體策略，該策略可以為臨床研究的設(shè)計和結(jié)果解釋提供信息”，而問題1.2涉及“計算hERG安全邊際的方法”。

非臨床信息使用的總體策略

如果hERG檢測和/或非嚙齒類動物的體內(nèi)QT研究顯示在臨床相關(guān)暴露水平下存在影響，這意味著該藥物有可能干擾心室復(fù)極化。在這種情況下，可以開展后續(xù)研究，以進一步探索其機制并評估真實的安全性風(fēng)險，即TdP型心律失常的風(fēng)險。雖然后續(xù)用于評估TdP風(fēng)險的研究是可選的，但可以與其他相關(guān)的非臨床和臨床信息一起使用，以助力后續(xù)臨床研究的設(shè)計和結(jié)果解釋。

ICH S7B問答1：定義hERG安全邊際的原則

hERG安全邊際被定義為hERG IC50與Cmax的比值。其中，Cmax是指最大治療濃度下的游離藥物濃度。2003年，Redfern等人建議使用30倍的hERG安全邊際來區(qū)分候選藥物有無TdP風(fēng)險，這一標(biāo)準(zhǔn)最近被調(diào)整為大約50倍。然而，時至今日，hERG安全邊際可以考慮基于已知TdP風(fēng)險的參照化合物估算的參考邊際。

重要的是，實驗變異性應(yīng)納入hERG安全邊際的計算中，即IC50的變異性轉(zhuǎn)化為圍繞安全邊際的置信區(qū)間（CI）。hERG IC50的測定應(yīng)遵循問答2.1中的“最佳實踐”考慮因素。對于新藥和參照藥物，應(yīng)采用相同的實驗方案。分母（即Cmax）被定義為在給予最大推薦治療劑量時的平均穩(wěn)態(tài)最大血漿濃度。在計算安全邊際時，通常使用游離的血漿濃度部分。對于高血漿蛋白結(jié)合（PPB）藥物，即實驗確定的PPB小于1%時，游離分?jǐn)?shù)應(yīng)設(shè)定為1%。如果無法準(zhǔn)確評估蛋白結(jié)合，則應(yīng)同時使用游離和總Cmax。有兩種方法可以使用hERG安全邊際閾值來定義陰性的hERG檢測結(jié)果。第一種方法是利用一系列已知會導(dǎo)致TdP的參照藥物，為每個實驗室建立自己的hERG安全邊際閾值。第二種選擇是使用其他實驗室已發(fā)表的安全邊際閾值。實驗室應(yīng)證明，在相同實驗方案下，實驗室間hERG IC50的一致性。

ICH S7B問答2：體外研究的最佳實踐考慮

問題2.1討論了“在使用膜片鉗方法和過表達細(xì)胞系評估藥物對心臟離子電流的影響時的最佳實踐考慮”。對由hERG編碼的通道的活性檢測是核心檢測項目，而對NaV1.5和CaV1.2的活性檢測，或其他任何相關(guān)的心臟離子通道檢測，則被視為后續(xù)檢測項目。

此外，問題2.2至2.5關(guān)注了用于評估人類心肌細(xì)胞復(fù)極化后續(xù)檢測的信息性特征。具體而言，這些問題涉及：（1）相關(guān)的電生理學(xué)終點（問題2.2），（2）測試系統(tǒng)的實驗要素（問題2.3），（3）實驗方案的設(shè)計與實施（問題2.4），以及（iv）生物學(xué)靈敏度（問題2.5）。

ICH S7B問答3：遵循3R原則的體內(nèi)QT研究的最佳實踐考慮

在CiPA或JiCSA倡議中并未涉及體內(nèi)QT檢測，因此與S7B問題的其他組成部分相比，ICH實施工作組（IWG）沒有豐富的數(shù)據(jù)集可供參考。在實施ICH S7B時，如何糾正QTc以消除心率變化對QT間期持續(xù)時間的影響是需要解決的首要挑戰(zhàn)之一。最初使用了Bazett和Fridericia等通用校正方法（這些方法最初是為人類開發(fā)的），以及僅用于動物的Van de Water校正方法。然而，這些校正方法并不能完全消除與心率相關(guān)的QT間期的變異性，因為QT與心率（QT/HR）的關(guān)系在不同物種、個體、研究天數(shù)以及晝夜周期之間存在差異。因此，越來越多的研究者開始關(guān)注使用個體化的校正方法，這些方法考慮了每個個體中QT間期與心率的獨特關(guān)系。

動物體內(nèi)心血管研究是FIH之前的核心檢測項目。然而，體內(nèi)QT檢測在設(shè)計、實施以及QTc敏感性等方面的變異性仍然存在問題，降低了數(shù)據(jù)在臨床風(fēng)險評估中的可信度，從而影響了監(jiān)管決策。在過去20年中，人們從如何最好地實施、分析和報告體內(nèi)QT檢測結(jié)果中吸取了教訓(xùn)，因此“最佳實踐”問答強調(diào)了一些能夠增加檢測價值和可信度的考慮因素，以便用于決策。體內(nèi)QTc檢測被細(xì)分為五個問題，以確保全面覆蓋QT檢測的關(guān)鍵特征。包括：（1）種屬選擇和研究的總體設(shè)計（問題3.1），（2）暴露評估（問題3.2），（3）心率校正方法（問題3.3），（4）檢測的敏感性（問題3.4），以及（5）藥效學(xué)和藥代動力學(xué)（PK/PD）結(jié)果的呈現(xiàn)要求（問題3.5）。遵循這些建議有利于數(shù)據(jù)被全球監(jiān)管機構(gòu)接受。

ICH S7B問答4：促心律失常模型的原則

ICH S7B指南指出，直接評估延長QT間期的藥物的促心律失常風(fēng)險是合理的。此外，并非所有hERG阻斷劑都會延長QT/QTc或誘導(dǎo)TdP，這得益于其他離子通道活動的抵消作用（例如NaV1.5、CaV1.2）。多年來，已經(jīng)開發(fā)了多種計算機模擬、體外和體內(nèi)促心律失常模型，能夠區(qū)分促心律失常藥物、非心律失常藥物以及抗心律失常藥物，盡管并非所有這些模型都經(jīng)過了徹底驗證，使其能夠被接受用于監(jiān)管決策。

在這種背景下，問題4.1討論了評估促心律失常風(fēng)險預(yù)測模型是否可以作為綜合風(fēng)險評估策略的一部分使用的總體原則，而問題4.2討論了申辦者如何使用模型進行監(jiān)管提交以及其局限性。

引自： A comprehensive review of 20 years of progress in nonclinical QT evaluation and proarrhythmic assessment

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