41款候選藥物遙測、快照式和馬夾式ECG和血流動力學參數的非臨床數據一致性及臨床轉化性

藥物研發中，ECG和血流動力學分析需遵循多項監管指南，核心要求如下：1）ICH S7B（2005）：聚焦小分子藥物進入人體試驗前的心血管評估，常規采用“獨立非嚙齒類遙測研究”，即對植入儀器的動物進行監測；2）EMA毒性研究指南（2010）：將ECG參數列為“重復給藥毒性研究”中“在體數據采集”的建議終點；3）ICH M3指南（2009）：雖涉及藥物非臨床研究相關規范，但未明確提及ECG參數作為毒性研究終點。

不同研究場景下，ECG記錄方法不同，而不同方法各有其特點、優勢與不足，且動物狀態會顯著影響數據準確性。不同ECG采集方法匯總如下表所示。

ECG關鍵影響因素包括兩點：動物狀態與QT評估。比如動物狀態對心率（HR）有明顯影響，束縛會導致動物心率升高，且不同物種反應不同。比格犬放松時HR 60-120bpm，興奮時>140bpm；食蟹猴休息時HR 120-160bpm，束縛應激時≥240bpm；G?ttingen小型豬受影響最小，遙測狀態下休息HR 50-70bpm，處理時仍<100bpm（Holter ECG測得休息HR約80bpm）。QT評估也會對ECG造成干擾，興奮/應激導致的高心率，會使通用QT校正公式失效—對犬高估QT間期，對猴、小型豬低估QT間期，可能出現假陽性或假陰性。精準校正要求：ICH E14/S7B（2022）問答指出，需根據心率（或RR間期）變化進行“個體QT校正”，但這需要大量QT-RR/QT-HR數據，快照ECG因心跳樣本量少無法實現。不過，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，有幾個關鍵問題值得思考：1）真實藥物研發場景中，快照ECG、馬夾式ECG與獨立遙測研究相比，在檢測心率和ECG參數變化上表現如何？2）不同物種在檢測ECG和血流動力學信號時，是否存在差異？3）結合總Cmax暴露倍數，非臨床效應向I期臨床的轉化情況如何？

為回答以上問題，羅氏回顧性分析了其內部41種分子的臨床前和臨床ECG數據，一起來看下。

研究方法

非臨床研究數據

共41種研究藥物（39種小分子+2種肽類），測試時間為2005-2023年，涉及132項研究。適應癥以神經/中樞神經系統疾病為主，還包括炎癥、感染性疾病、心血管與代謝疾病、腫瘤。實驗動物種屬包括G?ttingen小型豬（6個項目，15%）、比格犬（11個項目，27%）和食蟹猴（24個項目，59%），物種占比約為1:2:4。

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

遙測研究

實驗動物狀態：清醒、自由活動的動物，每組樣本量多為6只（范圍4-8只）。

儀器與植入：使用ITS?或DSI?遙測發射器，ECG導聯近似Ⅱ導聯配置（胸腔內或皮下植入，靠近心尖與心底）；動脈血壓傳感器植入位置：ITS設備植入降主動脈，DSI設備植入股內動脈/髂內動脈。

研究設計：絕大多數為交叉設計，極少數因條件限制采用劑量遞增設計；部分分子會開展多項遙測研究（GLP與非GLP、單次與重復給藥），只要有1項研究出現CV變化，即判定為“存在效應”。

監測時間與參數：給藥前約2小時開始監測，持續至給藥后24小時；監測參數包括平均動脈壓、收縮壓、舒張壓、HR、ECG參數（RR、PR、QRS、QT間期）、體溫。

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

暴露量驗證：根據化合物藥代動力學特征，在達峰時間（Tmax）后1-3小時采血，驗證遙測記錄當天的全身暴露量。

毒理研究

研究周期：2周至52周。

快照ECG：短暫手動束縛動物，采用6導聯系統（雙極導聯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與加壓肢體導聯aVL、aVR、aVF）；動物束縛姿勢：犬與小型豬站立或置于吊索，猴仰臥或坐于椅上；測量時間點：適應期2次，給藥第1周1天（給藥前與Tmax左右）、給藥期內和/或給藥結束時、恢復期結束時（若給藥期出現效應）；記錄時長至少30秒，每個時間點選取10個連續ECG波形進行定量分析（PR、QRS、QT間期、HR）；因數據量有限，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生理平臺或EMKA ecgAUTO?系統采集數據；動物需提前適應馬夾；ECG測量為單導聯（多為Ⅱ導聯），每個時間點的波形取平均值（常用30-120分鐘數據段平均）；QT校正以“基于研究前24小時數據的個體校正”為主，部分情況也用通用校正公式；若需微創血壓監測（小型豬與猴），需在麻醉下將DSIPA-C10-TOX發射器植入物種適配位置，術后給予鎮痛與抗生素治療，且手術需在血壓監測前至少3周完成。

暴露量評估：在非禁食動物中評估全身暴露量，時間點包括給藥第1天、給藥最后1周（24小時內5-8個時間點），長期研究需在期間額外增加1-2次評估；分析時采用“與ECG測量時間最接近當天”的全身總Cmax。

臨床數據

臨床數據主要用于非臨床效應的臨床轉化驗證，聚焦I期研究結果。

數據范圍：24個項目有可用于轉化評估的人體數據，其中20個項目在非臨床研究中已出現效應。

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

暴露量對比標準：采用“最低有效劑量”或“最高無效劑量”的總血漿Cmax，與非臨床數據對比；部分項目在不同血漿暴露量下出現多種CV效應，需對同一種化合物進行多次計算。

QT校正與分析：主要用Fridericia公式校正HR對QT間期的影響，2個項目額外采用個體校正；臨床QT分析采用分類分析或濃度-QT建模。

研究結果

41種測試分子中，僅7種在所有檢測（遙測、快照ECG、馬夾式ECG等）中均未對ECG、HR、血壓（BP）產生影響；剩余34種存在心血管（CV）效應，且部分分子同時存在多種ECG或血流動力學效應。41種分子中24種進入I期臨床，其中4種在非臨床研究中無任何效應。

各心血管參數具體發現

心率升高

非臨床檢出情況：41種分子中20種會導致HR升高，18種被遙測研究檢出。

18種遙測陽性分子中，15種后續用馬夾式ECG驗證，均確認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+馬夾式ECG均陽性”的分子中，4種額外用快照ECG檢測，雖暴露量相當，但均未檢出HR升高；剩余3種遙測陽性分子僅用快照ECG驗證，也未檢出HR升高——即快照ECG共7次漏檢HR升高。

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

臨床確認的6種中，4種用猴模型測試，2種用犬模型；未轉化的7種中，1種用小型豬、2種用犬、4種用猴，無單一物種表現出更優的HR升高預測能力。

預測效能：進入I期的項目中，遙測/馬夾式ECG漏檢了10種臨床HR升高分子中的4種，陽性預測值（PPV）46%、陰性預測值（NPV）64%，臨床患病率42%。

心率降低

非臨床檢出情況：3種分子被遙測研究檢出HR降低，1種后續用馬夾式ECG確認，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種原因不明且無臨床數據。

快照ECG的局限性：2種分子在快照ECG毒理研究中被報告HR降低，1種雖多次判定為心動過緩，但單次及2周重復給藥遙測研究均未確認；另1種在遙測與I期臨床中均表現為HR升高——即快照ECG不僅漏檢（假陰性），還存在假陽性。

臨床轉化情況：7種“任一方法檢出HR降低”的分子中5種進入I期，但無一種在臨床出現HR降低；快照ECG檢出的2種暴露量倍數<3倍，遙測/馬夾式ECG陽性的分子暴露量倍數為4、10、12倍。

物種特征：7種分子覆蓋3個物種（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+馬夾式ECG結果完全一致”的分子用犬模型測試，但其在I期臨床（暴露量低14倍）中未出現HR降低。

QTc間期延長

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

14種遙測陽性分子中，9種后續用馬夾式ECG或M11植入式監測驗證，僅4種確認QTc延長（確認率44%），5種雖暴露量相當或更高，仍未確認；

6種遙測陽性分子用快照ECG驗證，僅2種檢出（確認率33%），且僅1種快照ECG研究暴露量低于遙測研究。

臨床轉化情況：10種“非臨床QTc延長”分子進入I期，僅3種在臨床確認（3個物種各預測1種），非臨床暴露量倍數0.6-2.8倍（中位數2.3倍），且均用濃度-QT建模分析；7種未臨床確認的分子，暴露量倍數2.3-18倍（中位數3.2倍），僅用分類分析。

預測效能：非臨床研究未漏檢任何I期臨床QTc延長病例，PPV 30%、NPV 100%，臨床患病率12.5%。

PR間期、QRS間期延長

檢出頻率：此類效應極罕見，數據量不足無法深入分析。僅5個犬模型項目、1個猴模型項目檢出PR間期延長；1個猴模型遙測項目檢出QRS間期增寬。

臨床轉化：這些效應均未在早期臨床試驗中出現。

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+血壓監測檢出（該藥物遙測未檢出），且該分子在I期臨床中表現為BP降低；10種遙測陽性分子中，2種用馬夾式ECG+血壓監測驗證，僅1種確認。

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。

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

預測效能：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種分子被遙測研究檢出BP降低，2種后續用毒性研究驗證：1種用M11植入式監測確認BP降低，1種用馬夾式ECG+血壓監測未檢出（暴露量相當），且兩者均為猴模型項目。

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

臨床轉化情況：9種遙測陽性分子中5種進入I期，4種臨床確認（暴露量倍數均<3倍），1種因臨床暴露量低100倍未確認；1種小型豬模型預測BP降低的分子，在I期臨床中表現為BP升高。

預測效能：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HR變化。即使各研究血漿暴露量相當，遙測中檢出HR變化的化合物，快照ECG均未檢出。原因是束縛操作引發的應激/興奮會使心率升高，掩蓋藥物導致的HR升高或降低效應，導致真實效應無法識別。

馬夾式ECG無需束縛，在檢測HR升高或降低時顯著優于快照ECG。

臨床轉化與預測效能方面，非臨床（遙測/馬夾）對臨床HR升高的PPV為46%（臨床患病率37.5%）；3種“遙測/馬夾檢出HR降低”的分子進入I期（暴露量低4.1-14倍），均未在臨床出現HR降低。合并HR升高與降低數據后，PPV為37.5%。非嚙齒類動物中檢出的HR降低，臨床關注度較低。

QTc間期延長

方法間一致性低于心率檢測：

馬夾式ECG/M11植入：9種“遙測檢出QTc延長”的分子，后續用該方法驗證僅4種確認（44%），且未確認的5種暴露量與遙測相當。原因并非QT校正方法差異（均用Holzgrefeetal.,2014的個體校正），而是毒理研究的“平行組設計”存在局限——個體ECG參數差異大、T波終點標記困難、導聯放置變異、環境干擾多，導致統計敏感性降低。UCB的猴毒性研究回顧（Pawluketal.,2024）也證實：JET需9只動物才能檢出15ms的QTc變化，快照ECG需12只，而獨立猴遙測研究僅8只即可檢出6.5ms變化（Baublitsetal.,2021），敏感性差距顯著。

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

臨床轉化與預測效能：10種“非臨床QTc延長”分子進入I期，僅3種臨床確認，均通過濃度-QT建模驗證，非臨床暴露量為臨床的0.6-2.8倍（中位數2.3倍）；7種未確認的分子，非臨床暴露量為臨床的2.3-18倍（中位數3.2倍）。

“高暴露未轉化”的解釋：ICH E14/S7B問答培訓材料（2022）指出，非臨床QTc檢測敏感性比臨床全面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；此外，I期臨床常規ECG記錄的敏感性低于濃度-QT建模或TQT研究，這也導致部分“非臨床高暴露QTc延長”在I期未檢出。FDA回顧分析（Parketal.,2018）也支持這一觀點——體內QTc研究對臨床TQT結果的PPV高達73%-100%（暴露量1-30倍）。

血壓變化（BP升高/降低）

數據有一定局限性，快照ECG毒性研究無血壓數據，且很多分子毒理研究即使用馬夾檢測ECG，也未采集血壓數據。

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

BP降低方面，9種“遙測檢出BP降低”的分子中5種進入I期，4種確認（80%），非臨床暴露量為臨床的3倍以內；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，真實檢出率可能更高。

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

最后，在物種分布方面，未發現任一物種在檢測心率、QTc和血壓方面時更具優勢。

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

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