二价葡萄糖醇的非临床安全性评估：一种用于中枢神经系统的新型磁共振成像对比剂

《Investigative Radiology》：Nonclinical Safety Assessment of Digadoglucitol, a Novel Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent for the Central Nervous System

　　

二价葡萄糖醇是一种新型大环钆基对比剂(GBCA)，拟用于中枢神经系统及全身磁共振成像(MRI)临床检查。该产品具有独特的二聚体结构，每个分子由2个大环螯合剂与Gd(III)配位形成，区别于已上市的其他大环钆基对比剂。研究人员通过一系列非临床研究，评估了二价葡萄糖醇单次诊断使用于人体的安全性特征。除剂量探索研究外，所有安全药理学与毒理学研究均遵循药物非临床研究质量管理规范(GLP)原则开展。安全药理学评价聚焦于核心生理系统，包括中枢神经系统（大鼠）、心血管系统（体外及食蟹猴体内）、呼吸系统（大鼠）及血液相容性（体外）。药代动力学研究同时表征了系统暴露特征（大鼠），并评估了钆(Gd)在大鼠体内的血浆蛋白结合率、代谢稳定性（体外）、排泄及潜在的组织滞留情况。研究人员开展了广泛的毒理学评估，涵盖急性毒性（大鼠、小鼠）、延长单次给药与重复给药毒性（大鼠、食蟹猴）、生殖发育毒性（大鼠、兔）及幼年动物毒性（大鼠）；附加研究包括遗传毒性潜力（体外试验及小鼠体内研究）与局部耐受性（大鼠、食蟹猴）。结果显示，啮齿类与非啮齿类动物单次或重复静脉给予二价葡萄糖醇后耐受性良好。核心安全药理学研究显示，二价葡萄糖醇对中枢神经系统、心血管及呼吸参数均无不良影响。体外试验中，浓度高达0.25 M的二价葡萄糖醇与人类全血及血浆均具有良好相容性。二价葡萄糖醇的药代动力学特征，以及脑与体组织中钆的滞留与清除模式，均与已获批的、广泛用于中枢神经系统MRI的大环钆基对比剂高度相似。在测试剂量下，二价葡萄糖醇在大鼠血浆中快速消除，几乎完全经尿液排泄，且大部分在给药后8小时内排出。在所有测试物种（小鼠、大鼠、食蟹猴、人类）中，血浆蛋白结合程度均较低。二价葡萄糖醇在小鼠、大鼠、食蟹猴及人类肝微粒体中均表现出代谢稳定性。单次与重复给药毒性研究确定的未观察到不良反应水平(NOAEL)，分别约为人体最高预期有效成像剂量（0.1 mmol Gd/kg）的10~16倍与5~10倍。毒代动力学参数显示各物种间系统暴露一致性良好。艾姆斯试验(Ames test)及微核试验（体外与体内）均未检测到致突变效应。大鼠与食蟹猴重复给药毒性研究显示，注射部位局部耐受性与对照组无差异。在大鼠胚胎-胎仔发育毒性初步研究中，每日给予3 mmol Gd/kg的二价葡萄糖醇与母体平均体重增长及摄食量轻微下降相关，但未观察到对胚胎-胎仔存活或发育的影响；在兔胚胎-胎仔发育毒性初步研究中，高达3 mmol Gd/kg的最高测试剂量下未观察到不良影响。幼年动物毒性初步研究中，每日剂量高达3 mmol Gd/kg的二价葡萄糖醇耐受性良好，被认为适合进一步研究。综上，二价葡萄糖醇显示出良好的非临床安全性特征，在远高于预期临床剂量的暴露下未观察到不良效应；其药代动力学与钆滞留特征与已获批的大环钆基对比剂一致。总体而言，该数据支持其进入临床开发阶段。

研究背景与意义

过去数十年，磁共振成像(MRI)对比剂的开发显著提升了诊断准确性与患者照护水平。其中钆基对比剂(GBCA)因可缩短质子T1弛豫时间、提高正常与病变组织对比度，已成为临床MRI实践的核心组成部分。然而，钆在脑、骨及其他组织中长期滞留的安全性问题日益受到关注。尽管滞留钆的临床后果尚未明确，但肾源性系统性纤维化(NSF)在肾功能受损患者中的发生风险，凸显了开发具有更高螯合稳定性的对比剂的重要性。大环类钆基对比剂因其增强的动力学稳定性——可大幅降低游离钆离子释放入体——已成为临床主流选择，尤其是多种线性钆基对比剂受监管限制后。大环配体紧密包裹钆离子，形成惰性更高的复合物，降低了组织沉积与相关毒理效应的风险。即便如此，下一代对比剂的研发仍在推进，驱动力来自对更高弛豫率、更低给药剂量及更优药代动力学特性的需求。近期，高弛豫率对比剂的新进展催生了新一代钆基对比剂，如钆匹克醇(gadopiclenol)与钆夸曲(gadoquatrane)。在此背景下，第三种高弛豫率钆基对比剂——二价葡萄糖醇(digadoglucitol)被报道，成为首个处于临床开发阶段的二聚体大环钆复合物，其每钆摩尔弛豫率较现有细胞外大环钆基对比剂（如钆布醇、钆特醇、钆特酸葡胺）高出2~3倍，与钆匹克醇、钆夸曲相当。本研究由研究人员开展，旨在总结二价葡萄糖醇非临床安全性项目的生成数据，以支持其作为新型MRI对比剂的良好安全性特征，相关成果发表于《Investigative Radiology》。

关键技术方法

研究人员在欧洲开展非临床开发项目，涵盖药代动力学、安全药理学与毒理学研究。实验动物包括小鼠、大鼠、兔与食蟹猴，均购自持证繁育机构，饲养于符合欧盟2010/63号指令要求的设施中。除剂量探索、蛋白结合与代谢研究外，所有安全药理学、吸收分布代谢排泄(ADME)及毒理学研究均遵循药物非临床研究质量管理规范(GLP)原则。二价葡萄糖醇为非临床研究中使用的原料药，为无菌澄明无色至淡黄色水溶液，浓度0.25 M（因二聚体结构对应钆含量0.5 M），终端灭菌，含3种差向异构体（D1、D2、D3），其安全性与有效性特征重叠。研究人员采用超高效液相色谱-质谱联用(LC-MS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及超高效液相色谱-光电二极管阵列检测-串联质谱(UPLC-PDA-MS)等多种验证分析方法，定量生物样本中的二价葡萄糖醇与钆元素含量。

研究结果

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  安全药理学
  中枢神经系统研究中，大鼠单次静脉给予0.6~5.0 mmol Gd/kg的二价葡萄糖醇后，未观察到行为改变或体温变化，无行为学、神经学或自主神经效应。心血管系统体外研究显示，仅在最高测试浓度（名义值50 mM与100 mM）下观察到人ether-à-go-go相关基因(hERG)通道尾电流抑制，10 mM及以下浓度无统计学显著影响，最低两个浓度下的尾电流增加被认为在试验变异范围内，无生理学意义。食蟹猴体内研究中，0.3、1.5、3 mmol Gd/kg单次静脉推注后，动脉血压、心率、心电图(ECG)参数（RR、PR、QT、QTc间期、QRS波时限）及体温均无显著影响，散在心律失常为食蟹猴背景心电图表现。呼吸系统研究中，大鼠静脉输注0.6或5 mmol Gd/kg二价葡萄糖醇后4小时内，呼吸频率、潮气量与分钟通气量均无相关效应，未观察到效应水平(NOEL)设为5 mmol Gd/kg。血液相容性研究中，二价葡萄糖醇浓度高达0.25 M（相当于钆0.5 M）时对人类全血无溶血作用，亦未观察到红细胞聚集或血浆沉淀形成。
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  药代动力学与钆组织滞留
  血浆药代动力学显示，大鼠单次静脉给予0.6与1.2 mmol Gd/kg后，雄性与雌性动物的药时曲线重叠，系统暴露无性别差异；两个剂量下最大血浆浓度(C_max)与零至无穷大时曲线下面积(AUC_(0-∞))随剂量近似线性增加，终末消除半衰期(t_?λ_z)、总血浆清除率(Cl)与稳态分布容积(V_dss)相近，表明二价葡萄糖醇从血浆快速清除，主要分布于细胞外液。生物分布研究显示，给药后30分钟各器官钆含量最高；血液中钆在给药后1小时内快速下降，7天后低于定量下限(LLOQ)；脑（大脑、小脑）中钆在4小时内下降约90%，14天低于LLOQ；肝、肾、皮肤、股骨中钆也呈快速下降态势，肾脏钆水平最高，其次为肝、股骨、皮肤、脑。血浆蛋白结合研究显示，0.5 mM浓度下二价葡萄糖醇在小鼠、大鼠、食蟹猴与人类血浆中稳定性良好，蛋白结合率低（13.6%~31.3%），且与浓度无关。代谢稳定性研究显示，二价葡萄糖醇在四种物种肝微粒体中均无显著转化，判定为代谢稳定。排泄研究显示，二价葡萄糖醇主要经尿液排泄，大部分给药剂量在给药后8小时内排出，0.6 mmol Gd/kg剂量下48小时总排泄率达93%~99%。钆组织滞留研究显示，大鼠重复给予累积剂量12 mmol Gd/kg后28天，血液钆低于LLOQ，各组织中残留钆水平低，仅股骨与肾脏接近LLOQ；与已上市大环钆基对比剂钆特酸葡胺(Dotarem)相比，大脑钆含量无差异，小脑、肝、皮肤钆含量轻度升高（1.5~3倍），股骨升高更明显（8.5倍），肾脏无统计学显著差异（1.4倍）。
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  毒理学
  单次给药毒性研究显示，小鼠、大鼠与食蟹猴单次静脉给予二价葡萄糖醇后耐受性良好，大鼠延长单次给药研究中3与6 mmol Gd/kg剂量下仅观察到非不良性的剂量相关性肾小管空泡化，15天观察期后完全可逆，未观察到不良反应水平(NOAEL)为6 mmol Gd/kg。重复给药毒性研究显示，大鼠与食蟹猴14天重复静脉给药的NOAEL均为3.0 mmol Gd/kg/天。生殖与发育毒性初步研究中，大鼠3.0 mmol Gd/kg/天剂量下仅观察到母体体重增长与摄食量轻微下降，无胚胎-胎仔存活或发育影响；兔3.0 mmol Gd/kg/天剂量下耐受性良好。幼年大鼠毒性初步研究中，高达3 mmol Gd/kg/次的重复静脉推注耐受性良好，仅高剂量雄性出现轻度体重与体重增长下降，雌雄均出现短暂摄食量减少，无幼年特异性毒性。遗传毒性研究显示，二价葡萄糖醇在细菌回复突变试验(Ames test)、人淋巴细胞微核试验及小鼠体内微核试验中均无致突变、致断裂潜力。局部耐受性研究显示，大鼠与食蟹猴重复给药毒性研究中，注射部位组织病理学检查与对照组无差异。

讨论与结论翻译

安全药理学研究依据国际协调会(ICH)指导原则开展，证实二价葡萄糖醇即使在高于最高临床预期剂量（0.2 mmol Gd/kg）4~5倍的剂量下，也不影响中枢神经系统、心血管系统或呼吸系统功能。核心安全药理学研究显示其对上述系统无不良效应。体外安全药理学研究表明，即使在首次人体(FIH)研究最高测试剂量下，二价葡萄糖醇也不具有与人类安全性相关的不良特性。按70 kg受试者计算，0.2 mmol Gd/kg静脉推注后的峰值血药浓度约为1.4 mM，比体外无QT间期延长效应的浓度低约7倍；其无溶血效应的最高测试浓度（0.25 M）约为该峰值血药浓度的180倍。药代动力学特征表现为快速血浆清除、剂量比例性系统暴露及无性别差异，与已确立的细胞外大环钆基对比剂行为一致。低血浆蛋白结合率支持快速系统分布，肝微粒体代谢稳定性表明肝脏生物转化并非相关消除途径，共同支持肾脏为主要排泄途径。生物分布与滞留数据显示，二价葡萄糖醇的组织分布、清除特征及残留钆模式与已获批的细胞外大环钆基对比剂一致，脑与全身快速清除、重复给药后低残留组织水平，支持其不会带来高于现有上市大环对比剂的钆滞留风险。毒理学研究总体显示二价葡萄糖醇在啮齿类与非啮齿类动物中耐受性良好，无死亡与意外毒理发现，单次与重复给药的未观察到不良反应水平相对于预期临床剂量范围具有充足安全窗，重复给药未揭示累积毒性或功能性靶器官效应。初步生殖与幼年毒性研究支持其良好安全性特征。综上，非临床数据证实二价葡萄糖醇具有与当前使用钆基对比剂一致的良好安全性特征，支持其在拟议剂量范围内开展临床评估。