既有临床 ECG 结果与非临床通道测量

2025 年 11 月 10 日,FDA 与 AnaBios 团队发表心脏电生理研究,将重组细胞中的离子通道测量、成人心室组织的动作电位和既有临床心电图(electrocardiogram,ECG)资料联系起来。团队关注的问题是:为什么依据单个通道资料预期的药物组合效应,有时没有在临床 ECG 中出现。

论文回顾的一项临床试验中,利多卡因(lidocaine)或美西律(mexiletine)减轻多非利特(dofetilide)引起的 QTc 延长;地尔硫䓬(diltiazem)却没有减轻莫西沙星(moxifloxacin)引起的延长。当前研究重新检查这些药物的通道作用,临床结果来自此前已发表的试验。

单通道测量与人源组织功能互相补充

团队在分别表达通道的细胞系中测量 hERG 钾电流、晚钠电流和 L 型钙电流的药物阻断,再与人源心室组织中的动作电位变化比较。

研究另以成人捐献心脏的心室小梁组织记录动作电位。这类人源组织保留了成熟心肌背景和细胞间电耦联,可观察药物如何改变不同复极阶段。作者据此将通道层面的作用与组织层面的综合变化作对应比较。

地尔硫䓬与硝苯地平的多通道阻断比较

与用于设计早期临床试验的资料相比,本次测量中地尔硫䓬对钙电流的阻断效力降低,而对 hERG 的作用仍需要考虑。研究得到的结果显示,在相关浓度范围内,地尔硫䓬可以同时影响内向电流和 hERG 电流。地尔硫䓬阻断钙电流与 hERG 的效力差距,从此前资料的约 59 倍缩小至约 7 倍。作者据此解释,该药物同时阻断 hERG,可能抵消内向电流受抑带来的复极缩短。

团队还加入硝苯地平(nifedipine)作为比较。在当前测量中,它对钙电流与其他电流的阻断作用差异更大。

同样缩短复极,动作电位形态仍有差别

成人心室组织中,地尔硫䓬和硝苯地平均使动作电位时程缩短,但地尔硫䓬对较早复极阶段的缩短更明显,产生动作电位三角化。硝苯地平对不同复极阶段的缩短较接近,没有出现同样的浓度相关三角化。

动作电位三角化反映早期与晚期复极时程的变化差异。作者将地尔硫䓬引起的三角化,与其同时阻断内向电流和 hERG 电流相联系。

论文以 APD30、APD50 和 APD90 比较不同复极阶段,另观察动作电位时程的短期变异性(short-term variability,STV)。当前组织实验中,药物引起的 STV 变化较小。

在地尔硫䓬或硝苯地平处理之后加入多非利特,较高测试条件进一步延长晚期复极,而早期阶段没有相同变化,因而增加三角化。这组比较帮助区分钙电流阻断和额外 hERG 阻断对动作电位形态的贡献。

成人心室小梁组织中,地尔硫䓬与硝苯地平及加入多非利特后的动作电位变化,图示包含各复极阶段、三角化、短期变异性和代表波形。
成人心室小梁组织中,地尔硫䓬与硝苯地平及加入多非利特后的动作电位变化,图示包含各复极阶段、三角化、短期变异性和代表波形。(Lars Johannesen et al. / Frontiers in Pharmacology, 2025, Fig. 6;CC BY 4.0)窄屏可横向滑动查看完整图表。

晚钠电流阻断也呈现浓度相关的组织效应

多非利特使心室组织的动作电位延长。随后加入利多卡因或美西律时,较高测试浓度下出现浓度相关的时程缩短,与此前临床试验中 QTc 和经校正的 J–Tpeak 间期缩短方向一致。

不过,最低测试条件下的反应并不完全相同:美西律进一步延长晚期复极,并增加三角化;利多卡因在对应比较中没有产生相同变化。利多卡因还降低动作电位高度。

实验条件影响通道效力的解释

作者比较新旧测量时,讨论了电流记录稳定性、刺激方式和实验室接受标准等因素。钙电流在记录过程中自身衰减,会叠加在药物引起的电流减少上,使估计的阻断效力受到影响。团队将其视为解释新旧地尔硫䓬数据差异的一种可能原因,没有确认单一原因。

本次研究也以名义药物浓度估计效力,未核对全部实际暴露。作者指出,材料结合、溶解度和药物稳定性可能改变细胞实际接触的量。多通道曲线之间的相对位置还可能随刺激条件变化,因此,解读效力比较时,也需考虑取得数据的条件。此外,本次通道测量的刺激频率低于生理心率范围;晚钠电流测量使用的激动剂,也可能影响所得药理效力。

成人心室组织、iPSC 心肌细胞与临床信号

论文采用的是成人心室组织,讨论中另比较已发表的人 iPSC 来源心肌细胞资料。部分多通道药物在人 iPSC 心肌细胞中引起的复极变化,与成人组织或临床 ECG 并不相同;相关细胞的通道表达和成熟程度,是作者提出的重要解释线索。

作者提出,进一步积累离子通道和心肌组织检测的重复性资料,并采用更接近人体生理条件的实验方案,以改善非临床结果与临床心电变化的对应。

来源与延伸阅读

  1. Johannesen L, Abi-Gerges N, Sweat K, et al. Integrating drug effects on individual cardiac ionic currents and cardiac action potentials to understand nonclinical translation to clinical ECG changes. Frontiers in Pharmacology. Published 2025-11-10. doi:10.3389/fphar.2025.1674861. ↗

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