药物引起QT间期延长将显著增加致命性心律失常(TdP)发生的风险,因而心电图(ECG)的QT间期被视为预测新化合物引起TdP的重要风险因素[1]。在非临床研究工作中,存在多种体外试验以及通过麻醉或束缚动物的方法获得心血管数据,用于评价药物是否延长QT间期。而生物遥测技术的出现,使得连续、长期监测清醒无束缚动物的心血管等各项生理指标成为了可能,因而它成为人用药物注册技术要求国际协调会议(ICH)和我国《安全药理学研究技术指导原则》均推荐的用于新药心血管安全性评价的重要方法。本实验通过选取空白胶囊和对心血管系统有不同作用的药物莫西沙星、特非那定、卡托普利以验证清醒犬生物遥测技术是否能够灵敏、特异的检测出化合物对心血管系统的影响。
1 材料方法 1.1 实验动物普通级雄性Beagle犬4只,12~15月龄,10~12 kg,购自广州医药研究总院有限公司实验动物研究开发中心,许可证号SCXK(粤)2013-0007。在实验开始前1个月进行遥测手术,本实验进行时动物已完全康复。
犬饲养于广州医药研究总院有限公司普通级动物房犬观察室,单笼饲养,定量喂食,自由饮水。动物房环境温度16~26 ℃,日温差不超过4 ℃,相对湿度40%~70%,最小换气次数≥8次/h,12 h照明/12 h黑暗,明暗交替。
1.2 供试品莫西沙星片(拜耳医药保健有限公司,规格0.4 g/片,批号BJ24221);特非那定片(江苏联环药业股份有限公司,规格60 mg/片,批号20150607);卡托普利片(中美上海施贵宝制药有限公司,规格12.5 mg/片,批号AAA6059);空白胶囊购自苏州胶囊有限公司。
1.3 给药与剂量设置给药前称量犬的体质量,莫西沙星、特非那定与卡托普利的给药剂量均为30 mg/kg,将片剂置于空白胶囊中ig给药,空白胶囊给药为每次给药一颗。给药采用拉丁方设计(实验设计见表 1,每次给药间隔大于1周),在每个独立的给药日,4只动物分别给予特非那定、莫西沙星、卡托普利与空白胶囊。
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表 1 实验设计 Table 1 Experimental design |
1.4 采集与分析设备
遥测设备均购自DSI公司,植入子型号为TL11M2-D70-PCTR,接收器型号为RMC-1,采用Dataquest ART系统连续获取给药前后数据,使用Dataquest ART的analysis分析软件和Biopac的MP150软件对数据进行分析。
1.5 数据采集与分析连续采集给药前至少2 h至给药后至少24 h的生理信号。分析时间点为:给药前2 h和给予药物后1、2、3、6、12、18、24 h。每个时间点取1 min内各指标的平均值。分析指标包括:血压(收缩压、舒张压、平均血压MBP)、心电[RR间期、QRS间期、QT间期和校正的QT间期(QTc)、P波振幅、R波振幅、ST段、心率HR]、体温等。
数据均以x±s表示,应用SPSS 20.0软件进行数据分析。将给药后各时间点分别与给药前进行前后比较的配对t检验,分析给药后各个时间点的变化。
2 结果 2.1 空白胶囊对动物的影响遥测系统采集到清醒Beagle犬的心电血压信号如图 1-A、B。给予空白胶囊后,犬的心电血压指标和给药前比较,均无显著改变,而体温在给药后18 h略有降低(△t<0.5 ℃,P<0.05)。由于该时间点为5:00~6:00,犬处于熟睡状态,应为正常的生理波动与给药无关。
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图 1 遥测系统采集到的ECG(A、C、E、G)和血压图(B、D、F、H) Fig. 1 Examples of ECG (A,C,E,and G) and blood pressure (B,D,F,H) recorded by telemetry system |
2.2 莫西沙星对动物的影响
给药前后各个时间点主要指标(HR、QTc、MBP)的变化见图 2。莫西沙星使犬QT和QTc均延长,其中QTc在给药后1、6 h延长显著(变化率约10.7%,P<0.05,6 h心电采集信号见图 1-C)。此外,药物对其他心电指标、血压(图 1-D)和体温未产生显著影响。
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图 2 莫西沙星对犬QTc(A)、MBP(B)和HR(C)的影响(x±s,n = 4) Fig. 2 Effects of moxifloxacin on QTc (A),MBP (B), and HR (C) in dogs (x±s,n = 4) |
2.3 特非那定对动物的影响
犬给予特非那定后1~24 h,犬心电图中QT和QTc均高于给药前,QTc在给药后1(图 1-E显示心电采集信号)、2、3、18、24 h的升高差异显著(P<0.05,图 3-A),6、12 h时与给药前相比亦有升高(均值差约30 ms),但由于动物数量较少,升高未表现出统计学差异。此外,心率HR和RR-I间期在给药后1 h出现了明显的变化(图 1-E、3-C),表现为心率加快和RR-I间期缩短,与给药前比较,差异显著(P<0.05)。随着时间的延长恢复,2 h后已无显著差异。药物对其他心电指标、血压(图 1-F、3-B)和体温均未产生明显的影响。
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图 3 特非那定对犬QTc(A)、MBP(B)和HR(C)的影响(x±s,n = 4) Fig. 3 Effects of terfenadine on QTc (A),MBP (B), and HR (C) in dogs (x±s,n = 4) |
2.4 卡托普利对动物的影响
犬ig卡托普利后,犬的心电指标没有明显变化,QTc在给药后的各个时间点与给药前比较均没有出现统计学差异(图 1-G、4-A)。但犬的收缩压、舒张压和平均压(图 4-B)在给药1 h后出现显著下降,采集信号图见图 1-H。给药后1、2、6、12 h时,收缩压、舒张压和平均压的下降与给药前比较差异显著。至给药后18 h,血压恢复正常。
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图 4 卡托普利对犬QTc(A)、MBP(B)和HR(C)的影响(x±s,n = 4) Fig. 4 Effects of captopril on QTc (A),MBP (B), and HR (C) in dogs (x±s,n = 4) |
3 讨论
在对药物的心血管毒性评价中,药物引发致死性TdP风险是新药开发者最为关心的问题,也是遥测实验的重点。本实验选取了对QT间期有影响的两种阳性药物莫西沙星和特非那定,阴性药物卡托普利和空白胶囊来验证遥测技术的灵敏度和敏感性。由于QT间期受心率的影响较大,一般以校正的QT间期为标准,故选用常用的Bazett公式校正QT间期。
莫西沙星为喹诺酮类抗菌药物,可阻断herg通道,影响心室肌细胞膜上快速激活的Ikr,使心肌复极时间延长,临床上不乏其导致用药者QTc间期延长的病例[2],但临床前相应的验证研究资料比较缺乏。本研究中莫西沙星的剂量略高于临床单次用药的剂量,可见给药后1~24 h内犬的QTc均有不同程度的延长。特非那定为拮抗H1受体的抗过敏药物,同样具有阻滞Ikr通道的作用。其临床不良反应主要是引起QT间期延长、室性心动过速、低血压等。遥测犬给予特非那定,1h后心率加快(同时RR-I间期缩短),收缩压、舒张压和平均压等均略有降低但无统计学差异,且QTc在给药后各个时间点均有延长,尤其在给药后1h的变化值最大,这些结果与文献报道一致[3-4]。卡托普利主要用于降压,作为对QT间期无影响的阴性药物,给药后检测到犬收缩压、舒张压和平均动脉压明显下降,而ECG相关参数(包括QTc)没有明显改变,与文献报道结果一致,从数据上看也具有较好的一致性[5]。
本实验选用4只犬进行研究,每次给药后,经过充分的药物洗脱期后进行下一次给药,在不影响实验结果的前体下,拉丁方设计充分的利用了动物资源,符合“3R”原则,并完成了对犬遥测技术的评价。研究中构建的遥测系统灵敏的监测到阳性药物对QT间期的延长作用以及药物对心血管的药理作用,空白胶囊组排除了给药操作等其他非实验因素对结果的干扰。
目前遥测技术在国内得以推广,许多实验室都建立了遥测系统。在获得大批量心血管数据时,仍有许多问题值得考虑:一、遥测系统仍待完善:在数据采集过程中,动物活动和肌电对信号的干扰影响数据质量,且心血管疾病模型的遥测数据资料极度缺乏,各项指标的改变与疾病缺乏清晰的对应关系;二、体表心电图QT间期受自主神经的调节,也受到呼吸节律和心率的影响,而心率会受到情绪、犬身体状态、性别、年龄、昼夜节律和体内钾水平等的影响[6]。因此试验犬的选择、手术的质量、数据的采集过程中,要注意减少非实验因素的影响;三、QT间期和心率是相反的、非线性的关系,且二者之间的关系在不同的种属和动物甚至同一种属之间都不相同。因此心率改变会影响QT间期,这会干扰对受试物影响心室复极化和QT间期的评价[7]。目前的QT矫正公式各有利弊,而对于遥测Beagle犬,合适的QT较正方法仍尚无定论。本实验室正在进行下一步研究,拟为解决上述遥测相关问题,为遥测技术更好的为非临床评价服务,提供更加丰富的研究资料。
综上所述,本中心构建的遥测系统能够灵敏地检测到清醒Beagle犬心血管功能的相关变化。在符合ICH和国内安全药理研究指南的条件下,本研究验证的遥测系统对于检测人用药物所致的QT间期延长是一个比较有用的模型。
[1] | 药物QT间期延长潜在作用非临床研究技术指导原则[EB/OL].[2014-05]. www.sda.gov.cn/WS01/CL1616/101021.html |
[2] | Chen Q, Liu Y M, Liu Y, et al. Orally administered moxifloxacin prolongs QTc in healthy Chinese volunteers: a randomized, single-blind, crossover study[J]. Acta Pharmacol Sin, 2015, 36 (4) :448–453. |
[3] | Ollerstam A, Persson A H, Visser S, et al. A novel approach to data processing of the QT interval response in the conscious telemetered beagle dog[J]. J Pharmacol Toxicol Methods, 2007, 55 (1) :35–48. |
[4] | 刘雁. FOB和植入式遥测系统的建立和应用[D]. 北京: 中国人民解放军军事医学科学院, 2011. |
[5] | 王三龙, 张颖丽, 齐卫红, 等. 清醒Beagle犬安全药理心血管遥测系统验证研究[J]. 中国药学杂志,2010,45 (11) :828–831. |
[6] | Champeroux P, Ouillé A, Martel E, et al. Interferences of the autonomic nervous system with drug induced QT prolongation: A point to consider in non-clinical safety studies[J]. J Pharmacol Toxicol Methods, 2010, 61 (3) :251–263. |
[7] | Morissette P, Regan H K, Fitzgerald K, et al. QT interval correction assessment in the anesthetized guinea pig[J]. J Pharmacol Toxicol Methods, 2015, 75 :52–61. |