生理藥動學模型結合全細胞膜片鉗技術評價胺碘酮和去甲基胺碘酮的體外腎臟安全性
來源
《中國醫(yī)藥》
2022年7月第17卷第7期
作者
杜海燕,李靜,張穎超,趙玉林,劉之光,郭成軍,蘇俊武,林陽
首都醫(yī)科學院附屬上海東直門診所藥事部
首都醫(yī)科學院附屬上海東直門診所心外科
首都醫(yī)科學院附屬上海東直門診所小兒腎臟中心
摘要
目的:通過生理藥動學(PBPK)模型結合全細胞膜片鉗技術研究胺碘酮及其活性代謝產物去甲基胺碘酮對心肌細胞hERG通道和動作電位的影響,評價其體外腎臟安全性?
方式:基于復合PBPK模型預測胺碘酮?去甲基胺碘酮在人體心肌藥動學曲線?選用模型預測的胺碘酮?去甲基胺碘酮含量(預測胺碘酮血清含量0.76mg/L,心肌含量17mg/L)?預測去甲基胺碘酮血清含量0.13mg/L,心肌含量8.5?17mg/L)分別灌流細胞(hERG)?人干細胞誘導分化心肌細胞,采用全細胞膜片鉗技術記錄并觀察抗生素對外向鉀流?心肌細胞動作電位的影響?
結果:PBPK模型預測胺碘酮心肌含量約為血清含量的23倍,而去甲基胺碘酮心肌含量是血清的約130倍?靜脈滴注或口服多次給藥后胺碘酮的血清?心肌含量均基本保持恒定,而去甲基胺碘酮的血清?心肌含量均呈持續(xù)下降,去除平緩,易積聚?胺碘酮和去甲基胺碘酮均對hERG通道有較強的抑制作用,并呈含量依賴性;胺碘酮在血清含量?心肌含量下,對hERG通道的抑制率分別為78.9%和95.8%,去甲基胺碘酮在血清含量?心肌含量下(0.13?8.5?17mg/L)對hERG通道的抑制率分別為28.3%?87.4%和96.7%?胺碘酮?去甲基胺碘酮在血清含量下對心肌細胞動作電位的影響不明顯,但在心肌含量下對動作電位幅度?動作電位時程?靜息電位均有較強的抑制作用,并使動作電位領取頻度推進,且呈現含量依賴性?
推論:臨床常用劑量下,分布在心肌的胺碘酮?去甲基胺碘酮對鉀離子流?心肌動作電位均有顯著的抑制作用?這些抑制作用可能對心率失常的心肌在一定程度上有益,但可能具有一定的安全性風險,非常是去甲基胺碘酮在心肌組織的積聚效應?
關鍵詞
生理藥動學模型;全細胞膜片鉗;胺碘酮;去甲基胺碘酮;腎臟安全性
正文
胺碘酮是以Ⅲ類抗心率失常作用為主的多離子通道阻滯劑,兼顧Ⅰ?Ⅱ?Ⅳ類抗心率失常抗生素的電生理作用?手冊及循證醫(yī)學證據顯示,胺碘酮是目前臨床應用最廣泛的低毒抗心率失常藥[1-3]?但同時,腎臟不良風波也是胺碘酮的主要不良反應之一[4],主要表現為心動過緩/QT間期延長?胺碘酮藥動學特點復雜,個體差別較大,且抗生素血清含量與效果和毒副反應并不呈反比,其代謝產物去甲基胺碘酮亦具有較強的電生理特點[5-6]?臨床實踐中使用差別很大,欠缺藥動學指導下的規(guī)范化使用[7]?我們基于以前構建的胺碘酮?去甲基胺碘酮復合生理藥動學(PBPK)模型[8],結合全細胞膜片鉗技術,預測胺碘酮?去甲基胺碘酮在心肌組織的分布曲線,進一步評估抗生素體外腎臟安全性,為臨床安全使用胺碘酮提供根據?
材料與技巧
1.1材料
細胞系:穩(wěn)定抒發(fā)hERG鉀通道的細胞系(美國公司);人干細胞誘導分化心肌細胞及相應心肌細胞培養(yǎng)基(北京柏壽生物技術有限公司)?試劑:胺碘酮注射液(商品名:可達龍,諾華安萬特上海藥業(yè)有限公司);去甲基胺碘酮(日本Inc.)?儀器:EPC-10放大器系統(日本HEKA公司)?
1.2方式
1.2.1胺碘酮PBPK模型預測抗生素腎臟組織分布
借助原本構建的胺碘酮?去甲基胺碘酮復合PBPK模型[8],模擬臨床常規(guī)靜脈滴注多次給藥后[第1天:首劑負荷靜脈注射150mg/10min(3ml),此后滴注360mg/6h,剩余18h滴注540mg(0.5mg/min);第2~4天:維持滴注720mg/24h],胺碘酮和去甲基胺碘酮的心肌抗生素含量-時間曲線;模擬臨床常規(guī)多次口服給藥后(首劑800mg/d,此后200mg/8h,連續(xù)給藥4d),胺碘酮和去甲基胺碘酮的心肌抗生素含量-時間曲線?
1.2.2實驗設計和細胞膜片鉗檢查
按照胺碘酮PBPK模型模擬靜脈多次給藥血清?心肌含量分組:胺碘酮組(模型預測血清含量0.76mg/L,心肌含量17mg/L)?去甲基胺碘酮組(模型預測血清含量0.13mg/L,心肌含量8.5mg/L?17mg/L)?空白溶劑對照組?
細胞膜片鉗檢查方式參照文獻[9]?將3×103個細胞鋪到蓋玻片上,置24孔板中培養(yǎng),18h左右后,細胞密度≤80%?在倒置顯微鏡(中國Motic公司AE3131E型)下操縱微電極操縱儀(日本MCI公司型)將記錄電極接觸到細胞上,采用全細胞記錄模式?記錄并觀察內向鉀流[hERG(IKr)]?干細胞誘導心肌細胞動作電位?待訊號穩(wěn)定后,依次灌流給與不同含量的抗生素,觀察動作電位參數的變化,記錄期間獨立重復測量?所有電生理實驗均在溫度下進行?當形成全細胞封接后,轉為電壓鉗模式,細胞膜電壓鉗制于0pA,連續(xù)記錄心肌細胞自發(fā)動作電位?實驗數據由EPC-10放大器(日本HEKA公司)進行采集并存儲于軟件(日本HEKA公司)中?
1.3統計學剖析
采用SAS8.0統計軟件處理數據?給藥前后動作電位參數變化采用隨機區(qū)組殘差剖析檢驗?P<0.05為差別有統計學意義?
內容由凡默谷小編查閱文獻選定，排版與編輯為原創(chuàng)。如轉載細胞膜片細胞膜片，請尊重勞動成果，標明來始于凡默谷公眾號。
結果
2.1胺碘酮PBPK模型預測抗生素心肌組織分布
借助PBPK模型分別預測多次靜脈滴注?口服給藥后,胺碘酮和去甲基胺碘酮在腎臟的組織分布見圖1?
結果顯示:①模型預測胺碘酮心肌含量約為血清中的23倍,而去甲基胺碘酮心肌含量是血清的約130倍;②胺碘酮多次靜脈滴注給藥后,胺碘酮和去甲基胺碘酮在血清?心肌組織中含量均持續(xù)下降,呈積聚的狀態(tài)?非常是去甲基胺碘酮,給藥期間含量快速下降,給藥停止16d后藥時曲線仍緩慢,去除特別平緩?胺碘酮心肌含量范圍17.0~26.7mg/L,去甲基胺碘酮心肌含量為17~40mg/L;③胺碘酮多次口服給藥后,胺碘酮在血清?心肌含量基本能保持恒定,心肌含量范圍8~14mg/L;去甲基胺碘酮在血清及心肌中明顯積聚,多次給藥后心肌峰含量持續(xù)下降至54.35mg/L?
2.2胺碘酮?去甲基胺碘酮體外心肌安全性評價
我們采用了實測血清平均含量(胺碘酮0.76mg/L,去甲基胺碘酮0.13mg/L)和較低的心肌含量(胺碘酮心肌含量17mg/L,去甲基胺碘酮心肌含量17mg/L,因作用太強,又加測減半含量8.5mg/L)進行體外膜片鉗實驗?借助膜片鉗技術檢查了在PBPK模型預測的含量范圍內,胺碘酮及其活性代謝產物去甲基胺碘酮對hERG鉀離子通道的作用,以及對干細胞誘導心肌細胞動作電位的影響?結果顯示,胺碘酮在血清含量?心肌含量下,對hERG通道的抑制率分別為78.9%和95.8%,去甲基胺碘酮在血清含量?心肌含量下(0.13?8.5?17mg/L)對hERG通道的抑制率分別為28.3%?87.4%和96.7%,與含量呈正相關?胺碘酮?去甲基胺碘酮對干細胞誘導心肌細胞動作電位的影響:與空白溶劑對照組比較,血清含量下,胺碘酮?去甲基胺碘酮對動作電位的影響不明顯,但在心肌含量下可明顯抑制動作電位幅度?動作電位時程?靜息電位,使動作電位領取頻度推進,并呈現含量依賴性?胺碘酮組17mg/L時,去甲基胺碘酮組17mg/L時以上各指標及去甲基胺碘酮組8.5mg/L時動作電位領取頻度與空白溶劑對照組比較差別均有統計學意義(均P<0.05)?見圖2?
討論
胺碘酮作為目前臨床上應用廣泛的抗心率失常藥,已被證明是維持心房顫動病人竇性心率的有效抗生素?但是,也有研究報導其具有延長QT間期?致扭轉型室性心動過速等的致心率失常作用,胺碘酮的使用與較高的死亡率以及腎臟功能增加狀態(tài)之間存在關聯[10]?且這些潛在的風險未能預測?
胺碘酮及其活性代謝產物去甲基胺碘酮都有較高的脂胺類,易在心?肺?肝?脂肪等組織積聚,這種組織中的抗生素含量遠小于血清含量,易造成心?肺?肝等臟器的功能異常?往年藥動學研究多關注抗生素在血液循環(huán)的曝露量,并且常年服食胺碘酮病人實測值顯示心肌組織抗生素含量與血清含量相關性很差[6],血藥含量檢測尚不能挺好地指導臨床安全服藥?
我們以前構建并驗證了胺碘酮?去甲基胺碘酮的復合PBPK模型[8],并分別預測靜脈滴注?口服給藥后胺碘酮?去甲基胺碘酮在組織臟器中的抗生素分布特點?其中,胺碘酮心肌含量約為血清含量的23倍,而去甲基胺碘酮心肌含量是血清的約130倍,與之前報導的病人實測值相像[6]?我們同時預測到靜脈滴注?口服多次給藥后胺碘酮的血清?心肌含量均基本保持恒定,而去甲基胺碘酮的血清?心肌含量均呈持續(xù)下降?文獻報導去甲基胺碘酮在胰臟生成后步入胃液,隨胃液排入肝臟,存在柔腸循環(huán)[11],故其血清和組織含量隨醫(yī)治時間的延長而減小,我們的預測結果與之一致?預測給藥停止16d后,去甲基胺碘酮代謝清除平緩,心肌含量仍較高,須要非常注意?
本研究結果顯示,胺碘酮及去甲基胺碘酮在血清?心肌含量下對hERG通道具有顯著抑制作用,并呈含量依賴性?同時,在心肌含量下,胺碘酮及去甲基胺碘酮均使心肌細胞靜息電位下降(絕對值增加),動作電位驅動力減小,幅度顯著增加,似有致心肌QT間期減短的效應?提示胺碘酮及其活性代謝產物去甲基胺碘酮的致心率失常效應似乎與其含量相關,鑒于我們所選擇心肌含量是心肌血藥含量-時間曲線中較低的含量點,目前臨床常用給藥方案下,預測胺碘酮及其活性代謝產物去甲基胺碘酮的綜合腎臟安全風險相對較大?具體作用機制尚需進一步研究闡述?有研究報導QT間期減短致降低心率失常和心源性身亡風險[12],提示該藥的腎臟安全風險不容忽略?
其實,我們建立的PBPK模型顯示,常規(guī)給藥劑量時,胺碘酮?去甲基胺碘酮的心肌含量遠遠低于血清含量?體外研究顯示,上述抗生素在血清含量下對鉀離子流有顯著的抑制作用,心肌含量下藥物對鉀離子流及心肌動作電位的抑制作用大大提高,腎臟安全風險顯著下降?非常是活性代謝產物去甲基胺碘酮對各項電生理指標的抑制作用均不高于母藥胺碘酮,隨著給藥次數的降低,其心肌含量持續(xù)積聚,腎臟安全風險存在下降趨勢?提示我們可能須要適當增加胺碘酮的臨床給藥劑量?臨床研究結果顯示,心率失常病人堅持常年小劑量服食胺碘酮醫(yī)治有效率達93.02%,且安全可靠[13]?最新循證研究更傾向于100~200mg/d低劑量給藥[14]?
假如通過PBPK模型調整病人維持劑量,使抗生素在心肌的含量保持在恒定安全含量區(qū)域,或有助于臨床愈發(fā)安全有效地使用胺碘酮,尚須要進一步的臨床研究驗證?
參考文獻
詳見《中國醫(yī)藥》2022年7月第17卷第7期