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指南同年發布。E14指南是為了應對因心臟安全性問題導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極化的風險。除了對心室復極化相關的關鍵心臟離子通道進行體外評估外，通常還會在植入遙測設備以監測心電圖（ECG）和動脈血壓的清醒大型動物中進行非臨床體內QTc評估。

自2005年以來，根據ICH E14指南以及隨后的問答文件（Q&As）的要求，所有具有系統暴露的新藥都需要開展臨床全面QT（TQT）研究，以確定QT延長是否超過監管關注閾值（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，大多數情況下結果為陰性，或者僅顯示出輕微QT效應。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取得了成功，現在反而可能是時候優化臨床QT評估策略了。

ICH S7B和E14都強調需要采用綜合評估方法，考慮所有證據。為了加強這兩個指南之間的聯系，制定了一套問答文件，以闡明非臨床數據如何為臨床研究設計和監管評估提供信息。然而，盡管做出了這些努力，由于對檢測靈敏度和數據穩健性的持續擔憂，根據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險評估的影響仍然有限。最近的ICH E14/S7B問答文件強調了在綜合風險評估中，體內非嚙齒類動物QT檢測的實驗設計、執行、分析、解釋、質量指標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據的信心，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，并討論下未來的發展方向，包括納入新方法（NAMs）和計算安全建模。下圖展現了不同指南文件和技術出現的時間線。

20世紀90年代：心臟安全性的重要性日益凸顯

其實，自20世紀60年代以來，人們已經知道QT間期異常延長可能會引發嚴重的心室性心律失常甚至猝死。但在20世紀90年代，QT間期在藥物開發中的重要性才引起足夠重視。尖端扭轉型室速（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，其前有心室復極化延長的表現，心電圖波形表現為QT間期延長。20世紀90年代，一些藥物因與QT延長和因心室性心律失常導致的猝死風險增加相關而被撤市，如特非那定、西沙必利和阿司咪唑。當然，QT/QTc間期延長本身并不是安全性問題，只有當它發展為TdP時，才會真正出現安全性風險。

這一波藥物撤市事件標志著藥物安全性評估的一個轉折點，并引發了廣泛的關注，認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于QT延長的問題。隨后，加拿大衛生部在2001年發布了一份題為“assessment of the QT prolongation potential of non-antiarrhythmic drugs”的文件。這為全球監管機構評估促心律失常風險奠定了基礎。

2000年代：監管關注與非臨床技術的突破

對提交至FDA CDER的特非那定和非索非那定的藥理學和毒理學數據的回顧顯示，當時對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胞的動作電位持續時間的影響，以及在貓心肌細胞和HEK細胞中對Ikr電流的阻斷作用。這說明當時用于記錄心臟復極化影響的實驗模型和條件非常多樣，缺乏統一的標準化方法。

因此，在眾多藥物撤市事件的背景下，國際社會開始努力標準化與QT間期延長相關的風險評估。2005年，ICH發布了E14指南，為新藥開發中的QT評估設定了嚴格標準。該文件是一個轉折點，規定所有具有系統暴露的新藥在獲得市場授權之前，都需要在人體中進行全面QT（TQT）研究。

在非臨床方面，兩個關鍵指南——ICH S7A和S7B提出了非臨床QT評估策略。2000年發布的ICH S7A指南涉及藥物的安全藥理學，強調需要通過體外和體內研究評估藥物對重要系統（包括心血管系統）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。

與之相反，2005年與E14同年發布的ICH S7B指南則更專注于藥物誘導的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模型和方法學的建議。S7B強調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，在心室心肌細胞動作電位的復極化階段發揮核心作用。因此，阻斷hERG通道的藥物會減少心肌細胞的鉀外流，減緩復極化過程并延長動作電位持續時間。最終，這種變化會在體表心電圖上表現為QT間期延長，而QT間期是心室復極化的替代標志。

這一時期還見證了復雜檢測技術的發展，包括用于預測QT延長的體外檢測（以hERG膜片鉗技術為關鍵檢測手段）、體外浦肯野纖維細胞的動作電位測量，以及體內動物模型（包括基于遙測技術的清醒動物連續心電圖監測方法）。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使用。此外，自動化膜片鉗系統等電生理技術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，通過整合藥物與不同離子通道的相互作用數據以及模擬心臟復極化過程，來預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引發TdP，研究者嘗試將體外數據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是，與兔子和食蟹猴等相比，健康的犬產生TdP的可能性非常低。在犬的實驗模型中，通過制造房室傳導阻滯、低鉀血癥、心臟起搏或心肌梗死后狀態，成功地重現了由奎尼丁、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評估的體內研究的發展與用于測量心血管參數的遙測技術的進步是同步的，這些技術取代了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，未麻醉動物的數據更為理想，并且可以從長期植入遙測設備的清醒且自由活動的動物（如犬、豬或非人靈長類動物）中獲取數據，這實際上已成為心血管參數監測以及非臨床體內QT評估的“金標準”。最后，根據ICH S7B指南，從監管角度來看，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QT評估，作為基本的核心檢測項目。

2010年代：全球跨領域倡議推動ICH E14/S7B重新修訂

2013年，監管機構和工業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險的現代方法，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）預測風險；（3）在人類干細胞衍生的心室心肌細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監測，包括新的ECG生物標志物。例如，J-T peak間期被提議作為早期心室復極化參數，用于區分選擇性hERG阻斷劑（被認為具有更高的TdP風險）和多心臟離子通道抑制劑（被認為具有較低的TdP風險）。CiPA標志著非臨床評估范式的明顯轉變，從將QT延長作為TdP風險的替代標志，轉向更深入地理解藥物與心臟電生理學的相互作用。自2007年Takahashi等人首次引入以來，CiPA中描述的人類誘導多能干細胞（iPSC）衍生心肌細胞的體外方法已經變得十分常見。

與此同時，日本JiCSA于2014年成立，旨在基于尖端iPSC技術開發一種新的評估藥物誘導促心律失常風險的范式。通過正式的驗證過程，國立健康科學研究所召集了來自監管、工業和學術領域的專家，開發并驗證了一種新的檢測方法，以更精確地預測臨床促心律失常風險。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種化合物的大規模驗證研究，證明了該模型對尖端扭轉風險的高度預測性。重要的是，CiPA和JiCSA都證明了人類iPSC衍生心肌細胞及其相關基于電生理學的技術在評估新藥候選物的尖端扭轉潛力方面的適用性。

2020年代：全面整合的非臨床/臨床風險評估的時機

盡管實施了ICH S7B建議，防止了新的與QT相關的藥物撤市，但仍需要更多地關注非臨床結果的轉化程度。2018年，FDA向ICH大會建議重新組建一個專家工作組（EWG），通過問答（Q&As）程序對ICH S7B指南進行闡釋。同年，ICH批準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），成員包括來自監管機構和制藥行業的代表。經過數年的努力，第一階段針對E14和S7B的問答文件得以開發，包括體內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位制藥行業作者）發表了一篇支持“fully integrated nonclinical clinical risk assessment to streamline QT prolongation liability determination”的制藥行業觀點文章。同年，ICH發布了關于“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。經過多次討論和區域監管咨詢后，第一階段的問答文件于2022年2月被采納，ICH還發布了培訓材料，以幫助藥物開發者正確理解和應用這些問答文件。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管決策。

以下部分簡要描述了不同問答的內容以及整合非臨床/臨床風險評估的概念。問題1.1和1.2關注非臨床檢測在整合風險評估中的貢獻。具體而言，問題1.1涉及“將非臨床信息用于整合風險評估以應對心室復極化延遲和TdP的總體策略，該策略可以為臨床研究的設計和結果解釋提供信息”，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QT研究顯示在臨床相關暴露水平下存在影響，這意味著該藥物有可能干擾心室復極化。在這種情況下，可以開展后續研究，以進一步探索其機制并評估真實的安全性風險，即TdP型心律失常的風險。雖然后續用于評估TdP風險的研究是可選的，但可以與其他相關的非臨床和臨床信息一起使用，以助力后續臨床研究的設計和結果解釋。

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安全邊際來區分候選藥物有無TdP風險，這一標準最近被調整為大約50倍。然而，時至今日，hERG安全邊際可以考慮基于已知TdP風險的參照化合物估算的參考邊際。

重要的是，實驗變異性應納入hERG安全邊際的計算中，即IC50的變異性轉化為圍繞安全邊際的置信區間（CI）。hERG IC50的測定應遵循問答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態最大血漿濃度。在計算安全邊際時，通常使用游離的血漿濃度部分。對于高血漿蛋白結合（PPB）藥物，即實驗確定的PPB小于1%時，游離分數應設定為1%。如果無法準確評估蛋白結合，則應同時使用游離和總Cmax。有兩種方法可以使用hERG安全邊際閾值來定義陰性的hERG檢測結果。第一種方法是利用一系列已知會導致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表的安全邊際閾值。實驗室應證明，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，或其他任何相關的心臟離子通道檢測，則被視為后續檢測項目。

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

ICH S7B問答3：遵循3R原則的體內QT研究的最佳實踐考慮

在CiPA或JiCSA倡議中并未涉及體內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）沒有豐富的數據集可供參考。在實施ICH S7B時，如何糾正QTc以消除心率變化對QT間期持續時間的影響是需要解決的首要挑戰之一。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的QT間期的變異性，因為QT與心率（QT/HR）的關系在不同物種、個體、研究天數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系。

動物體內心血管研究是FIH之前的核心檢測項目。然而，體內QT檢測在設計、實施以及QTc敏感性等方面的變異性仍然存在問題，降低了數據在臨床風險評估中的可信度，從而影響了監管決策。在過去20年中，人們從如何最好地實施、分析和報告體內QT檢測結果中吸取了教訓，因此“最佳實踐”問答強調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QTc檢測被細分為五個問題，以確保全面覆蓋QT檢測的關鍵特征。包括：（1）種屬選擇和研究的總體設計（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）藥效學和藥代動力學（PK/PD）結果的呈現要求（問題3.5）。遵循這些建議有利于數據被全球監管機構接受。

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險是合理的。此外，并非所有hERG阻斷劑都會延長QT/QTc或誘導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，已經開發了多種計算機模擬、體外和體內促心律失常模型，能夠區分促心律失常藥物、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過了徹底驗證，使其能夠被接受用于監管決策。

在這種背景下，問題4.1討論了評估促心律失常風險預測模型是否可以作為綜合風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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