利用hERG IC10与IC50值预测全面的QT间期安全性特征

《Journal of Pharmacological and Toxicological Methods》：Predicting thorough QT safety profile using hERG IC10 versus IC50

　　摘要：人类ether-à-go-go相关基因（hERG）K+通道是药物引起QT间期延长的主要非靶向介导因素，而hERG IC50值至今仍是唯一的体外心脏安全性检测指标。然而，在临床中，出现具有临床意义的QT间期延长（ΔΔQTc≥10毫秒）时，hERG抑制程度通常要低得多（5–20%），因此需要将IC50值转化为安全裕度，以便在药物治疗剂量下评估风险。为此，我们研究了hERG抑制程度与临床ΔΔQTc值之间的关系，以确定更接近临床浓度的抑制指标是否能提升预测准确性。在44组药物/剂量组合中，13.1%的hERG抑制程度对应平均10毫秒的ΔΔQTc值，而在置信区间上限情况下，10.1%的抑制程度也会导致10毫秒的ΔΔQTc值。作为预测指标，原始IC10值的敏感性（平均ΔΔQTc：95.5%对比100%；置信区间上限：85.7%对比92.9%）和特异性（平均：77.3%对比76.2%；置信区间上限：87.5%对比53.3%）与基于IC50值计算出的FDA安全裕度相当。使用IC10值进行逻辑回归分析时，对ΔΔQTc置信区间上限≥10毫秒情况的区分能力优于IC50值（AUC值为0.95对比0.90，p值=0.076）。而针对平均ΔΔQTc≥10毫秒情况的预测效果则较为相似（两者的AUC值均约为0.96）。IC10值在预测ΔΔQTc置信区间上限值方面的优势，可归因于不同药物之间Hill斜率的差异——Hill斜率较平缓的药物更容易被IC10值判定为存在安全风险，而Hill斜率较陡的药物则更可能被判定为安全。这些研究结果表明，hERG IC10值可作为QT间期风险的一种直接指标，它通过利用不同药物之间的Hill斜率差异，提升了对接近10% hERG抑制程度时ΔΔQTc风险的预测精度。

引言：心脏安全性问题是药物设计与发展过程中面临的主要障碍，其中最突出的便是与尖端扭转型室性心动过速这种心律失常相关的心脏电生理学风险。为限制这类不良后果，监管机构于2005年首次出台了被称为“ thorough QT/QTc指南”（ICH E14和S7b指南）的规范。虽然这些初始指南在阻止具有致心律失常风险的药物获批方面确实起到了作用，但也被普遍认为过于严格。因此，后续指南更新的核心目标是在严格排除可能引发临床尖端扭转型室性心动过速的药物的同时，减少不必要的药物研发项目被终止的情况。为此，国际社会已开展了多项相关努力（Cavero等人，2016年；Cavero和Holzgrefe，2014年、2015年；Trepakova等人，2009年；Woosley等人，2017年、2018年、2023年），并致力于开发预测分类框架，为患者、临床医生及监管机构提供可行的决策依据。2022年3月，ICH发布了E14和S7b指南的最新更新内容（问答版）。此次更新涉及的内容包括与hERG（人类ether-à-go-go相关基因）K+通道检测相关的规定，而该检测目前仍是唯一的必需体外离子通道检测方法（Anonymous，2022a；Darpo & Leishman，2023）。这一轮更新明确了hERG检测的新最佳实践标准（问答2.1部分），并试图进一步明确如何界定阴性（安全）和阳性（存在风险）的hERG检测结果。更新后的hERG指南要求，不仅要评估试验用药物本身的hERG抑制程度所带来的安全裕度，还要评估至少一种已知具有阳性（不安全）结果的参考药物的相应安全裕度。hERG安全裕度（SMhERG）的计算方式是将hERG IC50值——即达到半最大抑制作用时的浓度——除以高剂量临床应用条件下的游离血浆浓度。具体而言，就是最高治疗剂量下的平均稳态浓度（Cmax,ss），再结合能够最大程度影响该浓度的内部或外部因素。其计算公式为：SMhERG=IC50high/Cmax,ss。这一指标可以反映药物的最大治疗浓度相较于能引发50% hERG电流阻断作用的浓度低了多少倍。尽管这一指标在心脏安全性药理学领域已有悠久的应用历史，且能较为直观地反映心律失常风险等级，但众所周知，大多数临床上的hERG相关风险其实出现在远低于hERG IC50值的浓度水平上。实际上，这些风险发生时的浓度往往处于剂量-反应关系的线性范围之外（Darpo，2007年；Darpo，2010年；Redfern等人，2003年；Wallis等人，2018年）。在实际应用中，这就意味着必须设定某种阈值，用以判断某候选药物的hERG安全裕度是安全还是不安全。这样的阈值对于确保不同实验室在hERG安全性评估方面保持一致性，以及为药物开发者提供清晰、可操作的评估标准，都具有至关重要的意义。要确定这样一个通用的hERG安全裕度阈值并非易事，至今尚未有统一的行业标准。在过去二十年中，30倍这一阈值已被普遍接受（Redfern等人，2003年；Webster等人，2002年），但也有不少实验室提出30到50倍之间的阈值更为合适（Gintant，2011年；Harmer & Rolf，2024年；Leishman等人，2020年；Pollard等人，2017年）。正因如此，目前尚无固定的监管标准，更新后的指南（问答1.2部分）为药物开发者提供了两种解决方案：其一，将自身药物计算得出的SMhERG值与针对“一系列已知具有临床尖端扭转型室性心动过速风险且具有不同电生理特性的参考药物”所收集的相同数据及计算结果进行直接比较；其二，将自身药物计算得出的SMhERG值与之前基于“一组校准药物”计算得出的SMhERG阈值进行比较，同时证明自身检测方法所得到的IC50值的变化范围与用于确定前述阈值的数值变化范围并无差异。相关的培训材料中给出了这样一个阈值示例（SMhERG=51）（表1，《综合风险评估》，Anonymous，2022年）。在本研究中，我们探讨了是否有可能定义一种比IC50安全裕度更具临床代表性的hERG安全性指标。我们分析了包含30种不同药物对应的hERG通道筛查数据及临床QT间期延长情况的数据集，其中11种药物在不同浓度下都进行了检测，共计形成了44组独特的数据对。我们的研究发现，当hERG电流被阻断约10%时，就会引发经过心率校正后的临床QT间期出现显著延长，这一现象可以通过hERG IC10值很好地加以体现。我们发现，仅以hERG IC10值作为判断标准，无需设定特定的安全裕度，其保守性和限制性几乎与使用IC50值并设定51倍的安全裕度阈值的情况相当。

方法部分：本研究采用的实验方法与此前已报道的方法基本相同（Crumb等人，2016年），这些方法均遵循2022年S7b指南中所建议的技术最佳实践。在此研究中，这些方法被应用于更多种类的药物样本。

数据集描述性总结：本研究涉及的30种不同药物都拥有相应的临床剂量、ΔΔQTc值以及EFTPC数据（其中11种药物在不同临床剂量下都进行了检测），其中包括许多已知会延长QT间期的典型hERG通道阻断剂（如多非利特、莫西沙星）。这些临床数据均列于表1中，同时还给出了44种不同药物/剂量组合的hERG IC50值和IC10值，以及对应的临床QT间期延长数据，还包括了平均值和临床置信区间上限的相关信息。由于QTc值的相关数据……

讨论部分：二十多年来，hERG IC50值的测定以及hERG安全裕度的评估一直是心脏安全性筛查的核心内容（Redfern等人，2003年），近年来人们在提高体内药物暴露量及EFTPC值的估算精度方面取得了显著进展。而体外检测方法的最新发展则主要集中在考虑候选药物的多通道效应，以及药物与hERG通道之间具体的动力学相互作用机制，这些因素都能提供先前方法无法获取的信息。

结论部分：本研究为临床提供了证据，表明在接近会导致严重ΔΔQTc值的hERG抑制范围内，使用IC10值以及其他指标（如IC5值、IC20值）或许能够提升并简化体外心脏安全性筛查的工作效率。未来的改进还将得益于前瞻性临床研究，这类研究旨在评估IC10值以及其他反映轻微hERG抑制程度的指标在区分不同临床QTc结果方面的作用。此外，开展更多相关研究也将有助于进一步完善这一领域的评估体系。

CRediT作者贡献说明：Andrew G. Edwards：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，软件使用，方法设计，定量分析，概念构思。William J. Crumb：写作——审阅与编辑，资源获取，方法设计，实验实施，定量分析，数据整理，概念构思。

未引用参考文献：Lei等人，2019年；Lei等人，2019年。

利益冲突声明：Edwards博士声明没有利益冲突。Crumb博士是Nova Research Laboratories公司的董事兼所有者，该公司是一家商业合同研究机构，专门为监管机构的心脏安全性评估提供 thorough QT风险分析服务。为保证透明度，特此公开这一关联关系。两位作者均已阅读并同意本利益冲突声明。

Andrew G. Edwards | William J. Crumb