5 个实验室的 hERG 标准化比较设计

hERG(human ether-à-go-go-related gene)钾离子通道检测是药物心脏安全性评价中的重要组成。2025 年 8 月 16 日,Scientific Reports 发表一项由 FDA 与美国、瑞士、日本合作机构开展的研究,比较 5 个实验室使用手动膜片钳技术检测 28 种药物的结果,重点研究阻断效力在不同实验和实验室之间的变化。

研究采用标准化方案,并按照国际人用药品注册技术协调会(International Council for Harmonisation,ICH)S7B 问答 2.1 的最佳实践开展检测,包括核对药物暴露浓度。作者关注的问题是:即使遵循这些要求,同一药物的数据能否直接互换,以及差异多大时才值得作出不同的风险解释。

2 阶段药物比较、盲法重复与 pIC50 分析

研究先比较 14 种药物,随后增加另外 14 种。团队还安排部分药物的盲法重复测试,检查同一实验室在不同时间开展检测的结果。实验室间的比较还包括记录质量、药物损失与若干可能引起偏移的操作差异。

作者主要用半数抑制浓度(half-maximal inhibitory concentration,IC50)描述阻断效力,并在统计图中使用以摩尔浓度为单位的 IC50 取负十进对数所得的 pIC50。较大的 IC50 表示需要更高浓度才能产生相同程度的阻断。使用对数尺度有助于分析效力的分布,再将差异换算为更便于解释的倍数。

不同阶段的实验室系统性偏移

在第一阶段,其中 1 个实验室的 IC50 平均约为各实验室的平均值的 4.5 倍,即测得的阻断效力整体较低。其他实验室的数值也存在各自的偏移。这种现象涉及多种药物,提示有必要区分单个药物的波动与某个实验室持续偏高或偏低的趋势。

在第二阶段,同一实验室对前 7 种药物仍呈现较低的阻断效力,对后 7 种药物却不再表现出相同的系统性差异。团队检查了药物来源、溶液施加方式、细胞药理敏感性、记录质量及暴露测量等因素,未确定能够解释这一系统性偏移的原因。

药物损失与效力偏移的关系

多个实验室都观察到药物损失,而且损失程度与药物的亲脂性相关。不同装置中的玻璃、塑料和其他接触表面可与药物发生非特异性结合,使名义加入浓度与实际暴露不一致。研究将测得的药物浓度纳入效力估计。

不过,该实验室检测结果出现系统性偏移的药物,并没有一致出现更大的药物损失。作者据此指出,暴露差异没有解释本研究的全部偏移。

扣除系统性偏移后的 IC50 变异约为 5 倍

为分析数据变异,作者采用描述统计与混合效应荟萃分析,先考虑不同药物本身的效力,以及实验室相对于各实验室平均值的系统性偏移,再估计剩余波动。混合效应模型还纳入单次实验内部的变异,得到的 IC50 变异范围对应约 4.9 倍,95% 置信区间为 4.0–6.2 倍。

描述统计方法得到约 5 倍的估计,与上述模型接近。另一种统计模型给出的实验室特定估计为 3.4–9.6 倍;作者同时说明,不同药物的动力学和稳定性也可能使实际变异程度不同。

据此,作者建议在解释本研究这类 hERG 数据时,将约 5 倍的变异纳入效力比较:落在这一波动范围内的 2 个 IC50 值,不宜仅凭数值差异判断效力发生了变化。该估计来自跨药物、跨实验室汇总,逐药和逐实验室的重复测试仍可进一步细化各自的变异范围。

混合效应模型扣除药物与实验室系统性影响后,28 种药物的 hERG 阻断效力剩余变异;红色虚线表示 95% 置信区间。
混合效应模型扣除药物与实验室系统性影响后,28 种药物的 hERG 阻断效力剩余变异;红色虚线表示 95% 置信区间。(Jun Zhao et al. / Scientific Reports, 2025, Fig. 9;CC BY 4.0)窄屏可横向滑动查看完整图表。

重复测试观察到跨时间的数值波动

盲法重复测试中,昂丹司琼的 IC50 为初次结果的 0.6–1.6 倍,多数实验室的多非利特结果也在初次值的 1.5 倍以内。但 1 个实验室的多非利特 IC50 升至初次值的 7.6 倍。检查显示,较低浓度下的阻断尚未充分发展;仅用已达到稳定阻断的较高浓度数据重新估算,差异仍达 6.1 倍。

统计分析分别估计单次浓度—抑制曲线内部误差与同一实验室跨时间重复检测的变异。当前研究的重复次数仍不足以直接建立每一种药物的效力分布,因此作者采用汇总数据估计,并把逐药、逐实验室重复性列为进一步研究的问题。

阳性对照与 hERG 安全裕度的比较

作者讨论如何将候选药物的 hERG 安全裕度(safety margin)与参考药物资料比较。阳性对照的阻断效力应与建立参考界值时的数据相符。候选药物的安全裕度越接近参考界值,实验室系统性偏移及效力变异对判断的影响就越值得关注。

研究团队公开了数据,用于后续安全裕度和心脏风险分析,并继续研究其他心脏离子通道。

来源与延伸阅读

  1. Zhao J, Yu H, Ren M, et al. Multi-laboratory comparisons of manual patch clamp hERG data generated using standardized protocols and following ICH S7B Q&A 2.1 best practices. Scientific Reports. Published 2025-08-16. doi:10.1038/s41598-025-15761-8. ↗

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