
把 31 种药物的三通道作用带入心肌模型
英国牛津大学(University of Oxford)与葛兰素史克(GlaxoSmithKline)研究者在 2011 年比较计算指标对尖端扭转型室性心动过速(Torsade-de-Pointes,TdP)风险的分类能力。传统指标主要关注人 ether-à-go-go 相关基因(human ether-à-go-go-related gene,hERG)编码的钾通道,但部分药物的多通道作用使单项指标产生误判。
团队整理 31 种药物的 hERG、钠通道和 L 型钙通道半数抑制浓度(half-maximal inhibitory concentration,IC50),并收集文献中的有效游离治疗血浆浓度。15 种药物的钠、钙通道数据来自新增测量,另外 16 种采用数据库和文献数据;胺碘酮与 prenylamine 的 hERG 数据也重新测量。多份 IC50 记录并存时,分析采用较低值。
这些输入分别进入 5 个兔、犬和人心室肌细胞数学模型,比较只阻断 hERG 与同时阻断三类通道的模拟。研究在多个起搏和浓度条件下生成动作电位时程、复极形态和恢复特征等指标,再比较它们与当时文献中的药物风险分级。
最佳指标来自同一药物池的留一法检验
分类使用线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)。每次保留 1 种药物作为测试对象,其余 30 种用于训练,依次轮换全部 31 种药物;将原风险分类中的第 1、2 类合并为第 2 类。研究共比较 761 个候选指标,最优单项指标来自 Grandi 人心室肌模型:在 1 Hz 起搏和低、中、高治疗浓度模拟中,取达到 90% 复极的动作电位时程(action potential duration at 90% repolarization,APD90)的最大值。
研究按风险类别相差的级数计分:正确分类记 0,错 1 类记 1,以此类推。单用 hERG IC50 对数时,平均分类误差为 1.129;改用 hERG IC50 与较高游离治疗血浆浓度之比的对数时为 0.968;多通道模拟的最佳指标降至 0.323。指标筛选和检验都在这 31 种药物中进行,研究没有另设独立药物队列。
维拉帕米的误警改善,胺碘酮仍被漏判
维拉帕米和普罗帕酮是 hERG 单项检测容易产生误警的例子。维拉帕米在仅考虑 hERG 阻断时延长模拟动作电位,加入钠、钙通道阻断后却使其缩短。最优指标未把原第 4、5 类药物分到较高风险的第 2、3 类,但仍把胺碘酮从合并后的第 2 类判为第 4 类,出现 1 个漏判。
其他常用电活动特征没有同样表现。动作电位复极三角化和恢复曲线的陡峭程度,在这些模拟中未显示很强的预测能力;作者认为,可能与模型未充分表示相关机制有关。三类通道的作用也可能随浓度改变而相互抵消,单次暴露下的动作电位变化需要结合完整药理特征解释。
跨来源数据和未覆盖的药理过程仍限制分类
研究使用来自不同实验条件的 IC50,并用简化的稳态阻断关系描述药物作用。通道状态、阻断动力学、活性代谢物和长期表达变化未充分纳入;作用于其他离子通道的药物也可能被误判。作者将这些因素列为后续改进方向,胺碘酮的复杂作用尤其需要超出当前三通道模型的解释。