药物潜在的致心律失常作用是药物开发过程中一个备受关注的风险因素，当患者伴有低血钾、结构性心脏病、心动过缓等基础疾病时，发生室性快速型心律失常的风险将大大增加。目前已经证明，药物导致心脏复极化的过度延长可能是该风险出现的主要原因 [1] 。因此在临床前安全性评价研究阶段，通常要进行药物对心室复极化过程的影响评估，其主要参考指标即QT间期。

一、QT间期及评估策略

QT间期指心电图中从QRS波起始到T波终末的时间，包括QRS波时限、ST段长度和T波宽度。QRS波相当于心室肌细胞动作电位0期（除极期），ST段相当于心室肌细胞动作电位2期（平台期），T波相当于心室肌细胞动作电位3期（快速复极期）（如图1）。故QT间期代表心室除极和复极过程的总时程[2,3]。

图1 人心肌电生理概图[3]

ICH S7A和NMPA相关药物安全药理学研究技术指导原则对于药物首次人体用药前的安全性评价进行了规定，比如应该完成安全药理学的核心组合试验[4]，应该考虑开展评估心室复极化延迟和QT间期延长风险的非临床试验[5]。其核心策略为体外和体内组合的双阴性策略（ICH S7B）。目前，hERG阻断和QT间期延长是最被认可的药物早期风险标志性指标[6]。体外评价主要评估药物对hERG通道（心室复极化主要的 K ⁺ 离子通道）的阻断能力；体内评价通过检测实验动物药后一定时程内Ⅱ导联心电图的变化来进行评估，主要指标即为QT间期时长。

二、 比格犬用于QT间期延长评估的优势

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应用广泛性

ICH S7A和NMPA相关药物安全药理学研究技术指导原则中对于用于安全药理试验的试验系统的提出相应的指导意见，应考虑相关的动物模型或试验系统，考察其药效学反应特性，药代动力学特征，实验动物种属、品系、性别和年龄，试验系统的易感性、敏感性和重现性以及受试物已有的背景数据等。比格犬作为非临床毒理学试验中最常用的非啮齿类动物物种，其有广泛的药理、药效应用资料和背景数据，通常作为试验种属选择的首选。

图2 穿戴遥测设备的比格犬

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离子通道分布的相似性

I _to 是心室去极化的重要电流，Kv4.3和KChIP2在人与犬两个物种中均有表达，Kv4.3则作为主要亚基对两个物种的心室 I _to 均具有明显的贡献 [7] 。从离子通道水平上看，犬与人具有较高相似性的 I _Na-late ，这是哺乳动物心肌细胞动作电位平台期的重要电流，被认为与心律失常相关 [8] 。此外，犬与人类具有相似的 I _Kr 密度和动力学特征以及相近的ERG和KvLQT1 ( I _Kr and I _Ks 的α亚基) 的mRNA表达水平 [9] 。

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解剖生理学的相似性

在组织学水平上，犬心肌细胞模型几乎是代表了人心室细胞特性的最佳模型[10]。两个物种间窦房结离子通道蛋白及细胞间通讯具有较高相似性[11]。因此通常会选择犬进行药物对心血管系统影响的安全性评价试验。

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体内代谢特征的相似性

大部分小分子药物在比格犬体内与在人体内相比具有相似的药代动力学特征。现有研究已经证明，使用清醒犬进行体内QT间期测定是评估人类药物延长QT间期的有用模型。另有一些研究通过回顾性药代动力学-药效学（PKPD）分析来评价药物血药浓度与QT间期延长的关系，证明这种关系在犬与人之间也具有一定相关性，因此可以通过药物在犬上的血药浓度-QT延长相关关系外推药物对人QT间期的影响[1]。

三、比格犬在安全药理学试验中的应用

使用比格犬进行体内研究，建议尽量采用清醒动物，比格犬的数量，每组一般不少于6只，一般为雌雄各半[12]。

安全药理学试验一般采用单次给药的方式。比格犬作为整体动物实验，给药途径首先考虑采用临床拟用途径。给药剂量上，应将引起实验动物不良反应的剂量与药效学剂量/临床拟用剂量进行比较，剂量应包括和高于主要药效学或治疗剂量范围，最高剂量应该设定为在本试验或具有相似给药途径和给药期限试验中产生中等程度不良反应的剂量[4]。

比格犬常用于小分子化学药物的非啮齿类动物安全药理学评价。对于常规小分子化学药物，安全药理学试验通常独立开展，利用拉丁方实验设计，通过单次给药的方式对比格犬心血管系统指标的变化进行评估。因为物种亲缘性关系，考虑到受试物药效作用机制与人的相关性，对于大分子蛋白类受试物或其他生物制品，比格犬一般不作为安全药理试验系统首选，需要前期试验表明种属选择的合理性。

四、使用比格犬时QT间期的校正

采用比格犬整体动物进行心室复极化或相关心律失常研究可评价所有离子通道和细胞类型的综合作用[5]。心电图QT间期是测定受试物对心室复极化作用的最常用指标，在大多数被检查的物种中，QT间期的持续时间与试验系统的心率呈负相关。因此对于不同种属的整体动物实验，还应考察合适的经心率矫正的QT间期，即QTc[13]。

Bazett公式（QTcB）在心率过慢时校正过度，过快时会校正不足（心率在60~100 bpm使用最佳），Fridericia公式（QTcF）同样存在慢心律下的不足，但是在快心率时比Bazett公式要更加准确。Bazett公式和Fridericia公式应避免纠正犬QT间期，一般可以使用Van de Water公式（QTcV）进行计算[14,15]。

五、比格犬与人的种属差异

在分子生物学水平上，犬与人仍存在种属间的差异。在心肌细胞上，犬和人 I _Kr 的分布密度和动力学相近，但是犬 I _K1 和 I _Ks 的密度分别是人类的3.0倍和4.5倍；此外，相较于犬，人具有更高的 I _Ca 分布密度、更低的 I _to 分布密度；这种离子通道的差异可能造成人与犬对某些药物的敏感程度存在较明显的差异。例如，多非利特（ I _Kr 选择性阻滞剂）能够引起犬和人类复极化动作电位的延长，但相较于犬，人延长的效果更加明显，约为犬的3倍[8]。这可能是因为犬心肌细胞的 I _Ks 通道密度更高，在一定程度上抵消了多非利特对 I _Kr 离子通道的抑制作用，即犬具备更大的复极化储备。（不同时期人心肌细胞离子流情况见图3）

I _to 是心室去极化的重要电流，人类心室 I _to 在电压依赖性、失活动力学和电流衰减速率方面与犬有显著不同。 K _v 4.3 作为两个物种心室心肌 I _to 通道的主要亚基，在表观分子量上有显著差异。类似这种内在差异可能是不同物种间异质性的基础。因此在犬实验模型中推断药物对 I _to 的影响时需要谨慎[7]。

图3 成人心室肌细胞动作电位与离子流图[9]

结语

药物潜在的致心律失常风险是药物开发过程中需要关注的重点。检测动物给药前后QT间期变化是主要的体内评价策略。清醒犬是评估人类药物延长QT间期的主要实验动物。虽然犬与人类在心肌细胞离子通道的分布上存在一定差异，但其对于QT间期延长药物的反应趋势与人类是一致的，结合其代谢动力学特征和经济性，其仍是作为QT间期延长评估的最佳实验动物种属选择。

参考文献：

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