综述：hERG检测在预测新药致心律失常潜力方面的价值

《Drug Discovery Today》：Predictive value of the hERG assay for anticipating the arrhythmogenic potential of new drugs

本综述系统评述了hERG检测在评估新药致心律失常风险中的预测价值，重点探讨了其与QT间期延长、尖端扭转型室速（TdP）的关联，并分析了国际人用药品注册技术协调会（ICH）S7B和E14指南以及全面体外致心律失常评估（CiPA）倡议的演变与挑战，为药物心脏安全性评估提供了从传统方法到新型整合策略的深刻见解。

　　

hERG检测在预测新药致心律失常潜力方面的价值

QT间期延长和TdP

QT间期延长是发生尖端扭转型室速（TdP）——一种潜在致命的药物相关性室性心律失常——的危险因素。延长的QTc间期代表了心室动作电位复极期的延长。获得性长QT综合征主要由心脏病、电解质异常或暴露于阻断钾电流（尤其是快速延迟整流钾电流I_Kr）的药物引起。TdP是一种罕见的多种形态室性心律失常，可导致头晕、心悸、晕厥和癫痫症状，并可能恶化为心室颤动和心源性猝死。其风险因素包括年龄大于65岁、女性、先天性长QT综合征、心动过缓、电解质异常、心脏病、肝药物代谢受损以及使用已知可延长QT间期的药物等。多种药物，如抗心律失常药、大环内酯类、氟喹诺酮类、抗精神病药等，均与TdP相关。

hERG

hERG蛋白，也称为电压门控钾通道亚基Kv11.1，在心脏复极化中扮演重要角色，它形成了负责复极化I_Kr电流的hERG通道的孔道。抑制该通道是许多非抗心律失常药物引起QT延长相关TdP的原因。研究表明，hERG半数抑制浓度（IC₅₀）与最大血浆浓度（C_max）的比值与肇事药物的TdP发生率相关，支持其在临床决策中的应用。目前正在开发调节hERG通道活性的新药理学策略以及挽救有缺陷的hERG通道运输的方法。

ICH关于心脏复极化延迟的指南

过去二十年，评估药物引起QT间期延长和TdP心律失常倾向的心脏安全性筛查一直依据ICH指南进行：ICH S7B安全性指南和ICH E14有效性指南。ICH S7B指南提出了确定非心血管药物延迟心室复极化倾向的非临床测试策略，推荐进行体外hERG检测。ICH E14指南则提供了评估药物延迟心脏复极化潜力的临床研究的设计、实施、分析和解释的建议。这些指南的实施标志着致心律失常心脏安全性评估的规范化。

体外hERG检测

体外hERG检测评估药物对hERG介导的离子电流的影响，在早期心脏风险检测中起着重要作用。该检测通常在异源过表达人hERG通道蛋白的细胞上进行，通过单细胞膜片钳电生理学研究，记录不同浓度受试药物作用下的hERG介导电流。该检测灵敏度高，能够识别出在体内表现出与hERG抑制相关的心脏毒性的化合物，例如特非那定、阿司咪唑和西沙必利。然而，该检测也可能缺乏灵敏度，因为不直接阻断hERG的化合物仍可能引起QT延长；同时其特异性不足，并非所有在体外抑制hERG活性的化合物都会在体内引起心脏毒性，例如雷诺嗪、维拉帕米和胺碘酮。hERG检测结果的局限性导致了显著的研发成本，包括潜在创新候选药物的过早终止、临床阶段需要密集的心电图（ECG）监测等。其临床预测性有限，因为它仅评估hERG钾离子通道，而未评估其他临床相关的心脏离子通道及其正常相互作用，也未评估与心肌细胞活力相关的生物学效应，可能导致假阴性和假阳性预测。

CiPA

ICH S7B和E14监管指南成功地防止了潜在致心律失常药物上市，它们灵敏度高但对预测哪些药物具有致心律失常性并不特异。为此，美国食品药品监督管理局（FDA）提出了CiPA倡议，旨在提高预测准确性和选择性，开发全球合作，并消除对常规全面QT（TQT）研究的需求。CiPA由多个合作者组成，旨在开发和验证一种新的体外心脏安全性评估范式，提供更准确、更全面的基于机制的致心律失常潜力评估。CiPA的四个组成部分包括：药物对多个人类心脏离子电流的影响；人类心室电生理的计算机（in silico）重建；药物对人类干细胞来源的心室肌细胞的体外影响；以及对意外电生理学的临床评估。基于药物对多种心脏离子通道电流的体外数据，CiPA的计算机模型将药物分类为TdP“低风险”、“中风险”或“高风险”。若成功实施，CiPA将能够应用机制性方法指导早期药物筛选，为具有hERG阻断和/或QTc延长但致心律失常风险低的药物提供发展路径，并更新药物标签信息。CiPA范式与ICH S7B/E14方法的关键区别在于其目标是基于机制（人类）研究定义致心律失常风险，而不仅仅是检测复极化延迟。

当前挑战

CiPA倡议面临一些挑战和局限，包括需要大量工作和数年测试才能最终更新监管指南、方法全面验证所需的时间精力，以及现有技术多在室温而非生理温度下进行高通量离子通道工作等。ICH S7B和E14工作组正在讨论监管文件的修订，包括引入了双重阴性非临床情景（即hERG检测和体内QTc研究均为阴性）以证明药物无QT风险。对于多肽和蛋白质药物，ICH S7B体外检测通常不适用，因为这类分子直接作用于心脏离子通道的可能性低。许多研究者认为，人类诱导多能干细胞（hiPSC）来源的心肌细胞是一种有前景的人类心脏体外模型系统，可用于评估新药候选物的致心律失常和非致心律失常心脏毒性，并可能补充CiPA用于监管目的。此外，在当前“大数据”时代，使用人工智能（AI）方法预测hERG通道抑制和心脏毒性也显示出巨大潜力，多种机器学习模型已被开发并显示出良好的预测性能。

结语

QT延长是临床实践中严重的不良反应，也是药物撤市的重要原因，因其可能与致命性室性心律失常TdP相关。因此，在早期药物研发中应常规进行全面的心血管风险评估。hERG通道抑制试验是识别体内hERG抑制相关心脏毒性化合物的敏感测量方法。ICH S7B和E14指南自2005年以来确保了TdP风险的充分评估。然而，hERG检测和QT间期对其阳性预测价值及致心律失常风险的预测存在不足，且并非所有体外抑制hERG活性的化合物都会在体内引起心脏毒性。由于临床前和临床试验中TdP发生率极低且其发病机制尚未完全阐明，TdP的替代标志物仍然难以找到。CiPA倡议旨在设计一种比hERG检测加TQT研究具有更高特异性的新药致心律失常潜力评估方法。在早期药物研发中进行密集的ECG监测与暴露反应分析，结合CiPA倡议所述的更稳健的临床前评估，可能减少对TQT研究的需求。使用hiPSC来源的心肌细胞进行药物效应的非临床研究可能为评估药物安全性和有效性提供新的可能性。此外，AI模型也有望成为预测新药hERG倾向性的有力工具。未来关于致心律失常风险评估的研究需要药物监管机构、学术界、制药工业和医疗专业人员之间采取综合方法。