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心臟的功能依賴于數(shù)百萬被稱為心肌細胞的桿狀肌肉細胞的協(xié)調(diào)作用，這些細胞隨著每次心跳而縱向收縮。如果心臟要有效地泵血，心臟每個區(qū)域的肌細胞必須在正確的時刻施加力。這種收縮的精細時間由動作電位控制，動作電位是細胞電位在幾分之一秒內(nèi)的周期性變化。動作電位是由離子通道蛋白的打開和關閉產(chǎn)生的，離子通道蛋白允許鈉、鉀、氯和鈣離子在細胞膜上運動。

hERG通道是指人類心臟中的一種鉀離子通道，由hERG基因編碼，全稱為human Ether-a-go-go Related Gene。這個通道也被稱為Kv11.1，是鉀離子通道的α亞基，對心臟的電位活性至關重要，主要負責介導心臟動作電位中的延遲整流鉀電流（IKr）的復極化階段。即在下一輪去極化之前將膜電位恢復到靜息狀態(tài)。通過阻斷hERG通道，許多藥物可以延遲復極，隨著這種延遲，心肌細胞容易過早激活和收縮。心臟特定區(qū)域的過早信號會引發(fā)不規(guī)則的心跳，包括尖端扭轉(zhuǎn)性室速（Torsade de Pointes, TdPs）。

QTc間期延長和TdPs是20世紀90年代停藥或限制藥物上市的重要原因，并導致ICH S7B和ICH E14指導原則的出臺，提示藥企需要重視藥物對hERG或IKr通道、臨床前和臨床QTc的影響。有數(shù)據(jù)顯示，60%處于研發(fā)階段的藥物可以抑制hERG，15%上市藥物會引起QT間期延長，4%上市藥物會引起TdP心律失常。不過，研究表明，除了hERG之外，許多藥物還同時與其他電壓門控通道相互作用，并且這些相互作用可以減輕由于hERG抑制而導致的TdP風險。

ICH S7B和ICH E14批準的近20年時間，對TdPs的機制以及早期后去極化在心律失常中的作用有了更深入的了解，也導致了綜合體外致心律失常試驗（Comprehensive In Vitro Proarrhythmia Assay, CiPA）的出現(xiàn)。CiPA側重于評估藥物的致心律失常和引起TdPs的機制。在這種方法中，即使藥物抑制hERG或?qū)е翾Tc延長，但如果從致心律失常的角度來看是安全的藥物，將被鑒定和標記出來。

當然，本篇文章的主角是hERG，一種電壓門控鉀離子通道，如下圖所示，hERG是由4個相同亞單位組成，每個亞單位包含6個跨膜螺旋區(qū)（S1-S6）。其中，S1-S2由24個氨基酸連接，S3-S4由4個氨基酸連接。S4包含5個帶正電荷的殘基，發(fā)揮電壓傳感作用（voltage sensor）。S5和S6共同形成通道孔。

大多數(shù)hERG抑制劑是含有堿性氨基的小分子，在細胞膜去極化誘導的通道開放時到達胞內(nèi)結合位點。對hERG結構研究發(fā)現(xiàn)，該通道含有一個由4個疏水口袋包繞的小的內(nèi)腔。腔內(nèi)的高負電性可以結合大多數(shù)hERG抑制劑攜帶的正電銨根。而4個疏水口袋為hERG抑制劑提供了更多結合位點。

傳統(tǒng)觀點認為，多肽和蛋白藥物抑制hERG的可能性很低，因為擴散透膜能力比較差，不能到達hERG孔道經(jīng)典結合位點。不過，生物藥物其實可以通過結合非傳統(tǒng)非經(jīng)典位點（’unconventional’ noncanonical binding sites），影響hERG離子通道功能。

多種電壓門控離子通道（Kv1.2, Kv3.1, Eag1, Nav1.5, Cav2.1/2, TRPC1, TRPC5, TRPM3, TRPV1）在S5和S6之間均包括一條長的胞外區(qū)環(huán)狀結構。有研究顯示，這一區(qū)域正是抗體結合并抑制電流的關鍵表位。比如某些患者出現(xiàn)抗Ro抗體陽性很可能意味著患有自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡，這類患者可能出現(xiàn)復極異常（QT間期延長和TdP室性心律失常），原因與抗Ro抗體結合S5-S6之間的環(huán)狀區(qū)域（氨基酸574-598）有關。這段氨基酸序列與Ro-52抗原有一定同源性。不過，單抗的分子量大（50-155KDa），不易透過細胞膜，特異性強，意味著延長QTc間期風險很低。實際上，Jackson等人在QT-prolonging effects of monoclonal antibody drugs in humans: a systematic review of two literature and a public adverse event database一文中統(tǒng)計過歐洲批準上市的28個單克隆抗體藥物，發(fā)現(xiàn)所有這些抗體藥物均未見QTc間期延長風險。所以，對于單抗類藥物，ICH E14也沒有要求臨床期間開展詳細的QT研究。臨床前通常也不需要開展hERG試驗。ICH S6只是建議在慢性動物毒理研究中伴隨考察心血管安全藥理學指標。

雌激素（Estrogen）是一類主要的女性性激素，對女性生殖系統(tǒng)和第二性征的發(fā)育和維持至關重要。女性出現(xiàn)藥物誘導的TdP心律失常風險高于男性，其中一個原因可能與雌激素抑制hERG離子通道有關。使用分子對接發(fā)現(xiàn)，雌激素與hERG有兩個結合口袋，一個位于胞內(nèi)經(jīng)典結合位點-內(nèi)腔，一個位于胞外孔道環(huán)狀結構區(qū)域，即上圖中的turret位置。

傳統(tǒng)認為，寡核苷酸分子量大，直接作用于hERG離子通道的可能性很低，故普遍認為寡核苷酸類藥物開展hERG試驗的意義不大。不過，有個名為ISIS345198的反義寡核苷酸，在75μM及以上濃度會抑制hERG。而這個分子的分子量>5KDa，并具備高電荷、親水性特點，不太可能穿過細胞膜，無法結合在胞內(nèi)經(jīng)典位點，很大可能也是結合在胞外區(qū)發(fā)揮的作用。一款靶向雙調(diào)蛋白（amphiregulin）的siRNA（SAMiRNA-AREG）在濃度≥20μg/mL時，會抑制hERG通道。心臟主要miRNA（miR1）通過結合K離子通道Kir2.1胞內(nèi)區(qū)C端，可以抑制K離子內(nèi)流。實際上，為排除這一風險，大部分已上市的寡核苷酸類藥物均開展了體外hERG試驗。比如治療家族性高膽固醇血癥的mipomersen、用于造血干細胞移植后的肝VOD的defitelio、治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性的inotersen和patisiran等。

那么多肽或者分子量比抗體小的蛋白對hERG的影響如何呢。Wu等人研究過在FDA申報的38種多肽和蛋白對hERG的影響，并以題為ICH S7B in vitro assays do not address mechanisms of QTC prolongation for peptides and proteins-data in support of not needing dedicated QTC studies的文章發(fā)表。發(fā)現(xiàn)在高濃度下，2個產(chǎn)品出現(xiàn)≥50% hERG抑制，8個產(chǎn)品出現(xiàn)20-40%抑制。不過，未見體內(nèi)QTc間期的延長，可能與臨床暴露濃度低于體外hERG抑制濃度有關。如下圖所示，左圖顯示的是hERG抑制與臨床Cmax之間的關系，38個產(chǎn)品中，采用100倍或者30倍的安全窗口，≥95%的產(chǎn)品hERG抑制均是陰性。右圖顯示的是38個產(chǎn)品的分子量分布，其中33個（87%）產(chǎn)品的分子量低于6KDa。

最后

很明顯，大分子對hERG通道的抑制風險要低很多。但即便如此，考慮到心臟安全性幾乎是新藥開發(fā)中的一票否決項。很多多肽類藥物還是進行了hERG研究，比如已上市的GLP-1受體激動劑利拉魯肽、度拉糖肽、利司那肽、司美格魯肽、替爾泊肽等。畢竟回顧性分析，少量多肽類藥物確實存在抑制hERG風險，需要根據(jù)hERG抑制濃度和臨床擬用劑量下的暴露濃度評估安全窗口。寡核苷酸類藥物的分子量也很大，并具備高電荷、親水性特點，不太可能穿過細胞膜，理論上作用于hERG的風險較低，但實際上已上市的寡核苷酸類藥物也大都進行了hERG研究，如前文所述，并不能排除hERG抑制風險。分子量較大的單克隆抗體因特異性和透膜能力原因，hERG不做要求，如果在體內(nèi)試驗中發(fā)現(xiàn)心臟安全性風險，可以回頭研究是否是影響了hERG通道所致，正如文中抗Ro抗體案例所示。