基于hIPSC心肌细胞模型改进Nav1.5通道抑制与体内QRS间期延长的转化研究

本研究针对传统Nav1.5 IC50预测QRS延长阈值存在10-20倍低估的问题，开发了hIPSC-CM场电位尖峰分析新参数TA/Vmax。通过12种化合物验证，该参数使阈值浓度预测准确度提升16倍（R值0.76→0.88），为早期药物心脏安全性评估提供了更可靠的体外电生理模型。

　　

心脏安全性评估是药物研发的关键环节，其中钠通道Nav1.5抑制导致的QRS间期延长是重要风险指标。然而传统体外实验存在明显局限：Nav1.5 IC₅₀浓度预测体内QRS延长阈值时会出现10-20倍低估，这给早期药物筛选带来巨大挑战。更棘手的是，研究发现仅需10%的Nav1.5抑制就可能触发可检测的QRS延长，使得准确界定阈值浓度成为行业痛点。

Merck & Co., Inc.的研究团队在《Journal of Pharmacological and Toxicological Methods》发表创新研究，通过人类诱导多能干细胞心肌细胞(hIPSC-CM)模型开发出革命性的评估方案。研究采用多电极阵列(MEA)技术记录细胞场电位，创新性地提出T_A/Vmax参数（尖峰振幅A与最大变化速率Vmax的比值），有效克服了传统振幅参数易受细胞密度、电极附着等因素干扰的缺陷。

【主要技术方法】

1. 使用48孔Axion BioCircuit MEA板培养hIPSC-CM单层

2. 场电位尖峰特征分析：提取振幅(A)和最大斜率(Vmax)

3. 建立T_A/Vmax=A/|Vmax|的数学关系式

4. 测试12种化合物（包括I类抗心律失常药）的浓度效应

5. 统计学比较EC5%与IC₅₀的预测准确性

【研究结果】

1. 场电位尖峰振幅的局限性

   实验显示不同电极记录的尖峰振幅存在显著变异（CV=25-35%），且振幅变化与Nav1.5抑制非特异性相关。以氟卡尼为例，10μM浓度下振幅降低50%，但该变化受非靶向因素干扰严重。

2. T_A/Vmax参数的创新价值

   新参数成功消除振幅测量的不稳定性，使<5%的微小变化具有统计学意义。该时间参数与体内QRS延长具有直接可比性，在12种化合物测试中，T_A/Vmax EC5%预测阈值浓度的准确度较Nav1.5 IC₅₀提升16倍。

3. 临床转化意义

   研究证实T_A/Vmax与临床/非临床QRS延长数据相关性(R)从0.76提升至0.88。特别在CAST试验相关化合物（如氟卡尼）评估中，新模型更准确反映其致心律失常风险。

【结论与展望】

该研究突破性地解决了心脏安全性评估中体外-体内转化预测的瓶颈问题。T_A/Vmax参数通过数学转化将复杂的电生理信号简化为可直接比对的时间参数，使hIPSC-CM模型真正具备预测QRS延长的能力。相比传统方法，新策略具有三大优势：①消除非特异性干扰；②灵敏度提升20倍；③与临床终点参数同质化。

这一成果为药物研发早期心脏风险评估提供了标准化工具，有望纳入CIPA（综合体外致心律失常）评估体系。未来可进一步探索该参数在三维心肌微组织中的应用，以及与其他离子通道抑制效应的交互作用分析。研究团队特别指出，该方法简单易行，仅需常规MEA设备即可实施，具有广泛的推广应用价值。