摘要：背景和目的 最适合的动物品种和随后转换为人类的浓度-效应关系是对候选药物的促心律失常风险的准确评估的关键步骤。本次调查的目的是定量评估莫西沙星的QTc间期延长效应在食蟹猴，犬和人类之间的差异。一个新的候选药物种间差异的影响也被阐明。
实验方法：分析食蟹猴和犬的临床前协议和健康受试者I期试验的药代动力学数据和心电图记录。先前建立的描述心率、昼夜节律联合效应的贝叶斯模型和药物对QT间期影响用于描述药代动力学-药效学关系。QT间期增加≥10毫秒的概率作为测量促心率失常的措施。
结果：莫西沙星， QT间期延长≥10 MS 50%可能性相关的浓度犬、猴和人类分别为20.3、6.4、2.6.
结论和启示：我们的研究揭示了莫西沙星对延长QT间期影响有明显的种间差异性。除了跨物种的药代动力学的差异，很可能在药效学差异上也发挥了重要的作用。使用任何动物模型都需要转换来预测人类的浓度-效应关系。
关键词：心血管安全性 药物开发 种间差异 PKPD模型 QT间期延长
介绍：非抗心律失常药使用后伴随促心律失常作用的发生是药物开发和发展中一个重要原因。目前，缓解措施到位，依靠QTC间期的延长作为评估药物诱导的尖端扭转性室性心动过速风险的替代指标。有亲和力和抑制力的化合物对hERG介导的钾电流有减弱作用，在临床前研究中使用人类治疗浓度或超治疗浓度，如果不能清楚了解其对心脏复极化的影响，最终会被丢弃。体外和体内无数的实验用于药物筛选和安全药理评价，但是很小的信息对物种及实验条件与临床相关性有指导意义。敏感性，特异性和预测值没有得到验证。此外，对基本浓度暴露关系也给予有限的关注。不同于传统的实证研究，药物研发的临床前体外和体内模型是必要的，能预测人类在使用治疗浓度时的QT间期延长。这不仅需要洞察化合物的固有性质和也需要洞察种间差异对QTc间期本身的影响。使用化合物的浓度-效应关系与相关的药物浓度(达到治疗剂量)可以对这种差异作出准确解释。重要的是要认识到，药物浓度-效应关系在物种之间有显著差异。最近holzgrefe等人通过广泛使用非啮齿类动物研究种间差异对QTc的影响。他们的分析强调了QTc的种间差异。结果表明：采用基于QT / RR关系修正因子，在给药后药物峰浓度时间与物种之间的观察发现类似的QTc间期变化。考虑到非人灵长类动物的生物安全性评价的意义，调查的目的是定量评估莫西沙星对食蟹猴、犬和人类引起QTc间期延长的种间差异。这种比较是重要的，由于食蟹猴同人类有相似的QRc，在临床前研究中是人类首选物种。
方法："回顾"性评价-参考化合物（莫西沙星）的食蟹猴实验方案 通过交叉试验（n=8）对清醒的遥测食蟹猴采集血液样本和心电数据。莫西沙星口服剂量为0mg到90mg/kg四组剂量进行测试，从中选出0mg和90mg/kg用于当前研究。在药后的1, 2, 4, 8 和 24 h采集食蟹猴静脉血液样本进行莫西沙星的药代动力学研究。食蟹猴的体重范围为2.8-6.8公斤。研究经机构伦理委员会批准，按照道德标准和GLP程序进行。
犬和人类的试验操作：早前已发表了莫西沙星对犬和健康受试者有促心律失常作用。莫西沙星的临床数据从一个双向交叉的阳性对照组，单盲，随机，安慰剂对照的137名健康志愿者I期试验获得，剂量均为400mg。
犬，食蟹猴和健康志愿者样品生物分析：猴莫西沙星血清浓度测定的方法根据Watson等人前面描述的方法进行。莫西沙星的生物分析的细节见Chain和Dubois描述。
食蟹猴实验"前瞻性"评价的候选分子（nce05）：对清醒的遥测食蟹猴采集血液样本和心电数据。六只猴（3雌，3雄，体重2.8-6.8kg）口服四个剂量：0，25，40和80mg/kg. 从前面3个剂量组对nce05进行了调查。给药后，在1.5，4，8和24h收集血液样本，进行药代动力学分析。
人类临床实验：临床第一阶段，随机、双盲、安慰剂对照、平行组单中心研究来评估nce05安全性、耐受性、药效学和药代动力学。剂量为1，4，14或30mg，四个治疗组进行了测试。
食蟹猴生物样本分析：在每个采样点大约采集400μL血液收集在含肝素的管中，置于冰上。通过离心30分钟（3200g，5min， 4°C）制备血清。血清被转移到1.5ml的EP管中，存于?70°C冰箱中，等待分析。
健康志愿者的样本分析：从前臂使用含K2 EDTA真空采血管收集血液样本。血液采集30分钟内在4°C，离心10分钟。收集血清，血清冰冻在?20°C等待分析。液相色谱-电喷雾串联质谱法（LC-MS/MS）分别测定血浆中的化合物的总浓度。
临床前心电图记录：临床前药效学数据通过清醒遥测动物进行采集。通过植入无线电遥测设备获得心电图记录。植入过程采用无菌手术技术。
临床操作：采用12导联心电图进行心电监护，使用Marquette ECG设备测量QT、RR、HR。采集心电记录时受试者保持在仰卧位。
数据分析：药物动力学（PK）数据：药代动力学建模和反褶积技术被用来在心电图评估时间浓度的插补和内插。莫西沙星犬体内的研究与临床的药代动力学数据分析采用非线性混合效应模型法。相反，反褶积方法用于对食蟹猴个体nce05和莫西沙星浓度的评估。应该注意的是，对于当前分析的目的，量化下限的样本被设置为零。此外，防止参数评估过程中数值困难，所有nce05研究小组的药物浓度1mg的也被设置为零。莫西沙星的药代动力学参数模型的特点见表。
药代动力学-药效学（PKPD）模型： PKPD模型包括三个组成部分：对RR间期个体校正因子，对基线QTc值的昼夜变化和线性函数捕获的浓度效应关系振荡函数。方程式：QT=QTC0RRα+Acos(2π(t)/24)+slopeC。QTC 0是单独校正基线QTc，RR是连续的R波之间的时间间隔。α是个体心率的校正因子，A是昼夜节律的振幅，t是时间，φ是相，是线性的浓度-效应关系.。slope [ms/nM] 是线性浓度-效应关系，C是QT测量时间的药物浓度。这种类型的参数在系统和药物具体属性之间有区分。因此，这些参数可以被用来比较跨物种的药物特性，而不需要进一步的校正因子。犬和猴的心电图采用连续的方式进行记录，数据过滤以确保数据集大小的可行性，与临床数据进行联合分析。使吸收，峰值和消除阶段准确出现在平衡数据集中。
QT间期延长的概率：在预先设定的浓度10 ms QTc间期延长阈值，作为比较跨物种的药物效应的措施。这个阈值的大小是基于这样的假设，如果物种之间存在敏感性差异，可以解释促心律失常活性对人体的潜在影响。分析使用斜率和个体性别间的校正因子与阶跃函数一起进行分析见公式。P≥10ms(atC)=step(0.00001F(Gender)slope10ms/C) 0.00001是设置为任意小的数，避免计算误差，10毫秒是QT间期延长的阈值，C为药物浓度，slope是每单位的药物浓度增加的QT。绘制每个化合物的概率曲线。该浓度的QT间期延长≥10ms的概率是0.5（Cp50）是由线性回归确定。
结果：药代动力学：如前面所述的方法中所述，心电图测量时的药物浓度进行估算或插值通过群体药动学模型或反褶积。这项技术提供了最好的数据描述，减少不确定性个人预测的PKPD分析浓度精度差的影响。
PKPD模型：心电图测量是为了建模，结合预测药物浓度。诊断标准和拟合优度图显示三个物种的比较模型的性能。系统的具体参数（基线QTc（qtc0），QT-RR指数校正因子（α）、振幅（A）和相位（Ф）显示在犬和猴体内两种药物在相同的范围内的值。物种和化合物之间的主要区别在药物特定的参数上被发现（即，slope斜率）。从莫西沙星和nce05获得的QT-RR校正因子（α）在不同人上有显著不同。另一方面，同莫西沙星相比， nce05斜率同零差异不明显，在浓度范围内也没有观察到QT增加。
种间的比较：使用动物模型预测药物对人类的影响，需要识别特定属性的系统识别。因此，模型参数的选择是至关重要的，在该系统中，允许特定的参数、药物特异性参数和它们各自的变异性之间的差别。尽管两个化合物的证据有限，对每个物种的系统特定的生理参数分析显示了类似的估计。与此相反，这些参数在不同的物种之间显著不同。
描述药物作用的一个通用模型，从药物开发的角度来看，在参数化的方面提供了重要的优势。总结了拟合优度图描述药物浓度与QT间期延长≥10毫秒的概率之间的关系曲线。从莫西沙星三条概率曲线可以看出，临床前动物和人类之间PKPD的关系有一个明显的转变，犬和猴的Cp50值较低。此外，药物浓度与QT间期的关系的斜率在相同药物不同物种之间也不同。
讨论和结论：我们研究发现，动物模型的方法可以用来定量评估莫西沙星对QT间期延长的种间差异，比较药物对犬和人类的影响后，在第二个非临床物种证实该方法的可行性。从药物开发的角度来看，一个普通的PKPD模型的可用性，考虑到临床相关的曝光范围，能满足药物人类影响的药理评价（QT间期延长）。使用参考化合物和新的候选分子和药物特异性和系统特异性参数之间的明显区别。我们的研究结果表明，在犬和食蟹猴的PKPD关系存在本质的差异，这使得临床前动物试验直接转化为对人类的药物作用，具有挑战性。
PKPD模型：对PKPD模型潜在的用于药物安全评价的预测工具是有限的。我们的研究结果表明，莫西沙星对QT间期延长的影响发生在犬、食蟹猴和人类的不同的曝光范围。这些数据可以被集成，如下图所示，估计QT间期延长≥10毫秒的概率。与前临床动物检测药物安全性灵敏度的普遍看法相反，人类的概率曲线清楚地显示了一个陡峭的增加，在治疗浓度范围内的每一种化合物，表明在这种水平的QT间期延长≥10 MS的风险。与此相反，QT间期延长的发生在犬和食蟹猴比人类的概率大，表明QT间期延长跨物种灵敏度的差异。
药物筛选实验操作：莫西沙星浓度峰值不同，食蟹猴和人类之间只有三倍，而新的分子nce05观察到一个86倍的差异。在曝光的这种差异影响PKPD的关系比较，可能导致其他不良事件，从而掩盖主要药理（QT间期延长）效应。此外，如果调查的化合物显示出超过一个特定的离子通道的亲和力可能会发生多个相互作用、潜在的拮抗作用。外在的变异来源，食物的摄入量在临床前操作（通常在给药后4小时）可以极大地影响QT间期，从莫西沙星数据得出。RR差异校正并减少大部分食物诱导QT减少。但是，剩余的差异可能掩盖了候选分子的内在效应，导致小的延长。另一个重要的设计方面是采样计划，采样间隔和频率，表达正确的药代动力学特征。例如， nce05标准实验设计有很大的局限性，如缺乏第一剂量后1.5小时的样品，吸收过程的一段时间，可能出现最高峰值浓度。缺乏这些信息损害峰值水平和可能的最大药物效应的估计。
转化药理学：这可以看出，在斜率参数的浓度-效应关系的差异，在暴露水平相应批准的治疗剂量差异的概率达到≥10MS增加QTc间期。更特别的是，莫西沙星物种差异食蟹猴（0.0016毫秒/ nm）和人类（0.0039毫秒/ nm）线性浓度效应关系斜率小于犬（0.00056）。另一方面，它是众所周知的，浓度-效应关系不同物种之间有差异在稳态过程，例如不同的昼夜变化，目标的表达和/或传导机制差异。种间的QTc间期延长已被广泛调查。从药物开发的角度来看，为使用新的化合物的前瞻性评价的建模和仿真提供了机会。在这些分析中的一个限制因素是，该模型不能被重复用于任何其他化合物或化合物类。
