药物心脏毒性研究技术之膜片钳技术

一些药物在使用的过程中引发的心脏毒性是威胁患者生命的毒副作用之一，如抗心律失常药物导致的心脏不良事件时有报道，虽然这种事件发生率低，但是危险性大，主要表现为心电图QT间隔延长，严重可以引起尖端扭转型室性心动过速。因此在新药上市前，需要进行药物安全性评价时，尽早发现药物的潜在心脏毒性，以减少新药研发的投入和风险。被称为研究离子通道的“金标准”的膜片钳技术，是药物早期心脏毒性评价的主要技术之一。

QT间期是指心室除极和复极的全过程，即QRS波群的起点到T波终点的时程。QTc间期是指排除了心率影响的校正的QT间期。心脏复极延迟，将导致发生心律失常的风险明显增高，最常见的是引发尖端扭转型室性心动过速(TdP)， TdP易演变成心室纤颤并导致猝死，因此QT间期延长，被认为是预测引发TdP的生物标记物。在新药开发过程中，进行药物安全性评价的心脏毒性评价时，应确认研究药物对QT间期的影响，防止其上市后引起恶性心律失常。

hERG通道产生的电流是心室复极中最重要的电流，通道被药物后抑制直接导致Long QT综合症，很可能演变成尖端扭转型室性心动过速，心室纤颤，直至猝死。长QT综合症(LQTS)是一种异常的心肌细胞复极化电活动，获得性的LQTS常常是药物治疗的结果。研究发现许多常用药物包括抗心律失常药、抗精神病药物、抗菌素以及可卡因均可引起获得性的LQTS。

目前发现几乎所有的临床药物所导致的LQT 或者TdP 都作用于hERG。由于导致hERG抑制的药物在化学结构上没有明显的共性，从而很难预测，仅有通过实验的方式给予解决。全自动膜片钳技术一个重要的应用方向是检测早期药物化合物对hERG的毒副作用。美迪西引进HEKA膜片钳系统（Patch Clamp System），该系统为放大器与数模转换器一体，可通过软件与手动操作相结合，达到比全自动更精准的程度，将会大大增强美迪西体外药物安全性评价服务。

“膜片”即泛指各种记录模式下的细胞膜。“钳”即控制的意思，根据控制不同的电学参数，分为电压钳与电流钳。膜片钳技术是一种通过玻璃微吸管电极完成对细胞膜电位的钳制、监测并记录膜电流的一种电生理技术。通过膜片钳技术能够观测到膜电流的变化，并通过分析电流强度及通道开闭过程、离子选择性等因素，深入了解离子通道的本质。膜片钳技术可标记心脏电生理功能变化，而动作电位离子通道电流异常与心律失常、心衰和心肌缺血等心血管疾病密切相关。将膜片钳技术应用于药物安全性评价，有助于指导临床用药。

如有研究者探讨了小檗碱类药物与降脂药瑞舒伐他汀及降糖药物格列本脲联合应用后对hERG钾通道的影响，评价上述药物联合应用的心脏安全性^[1]。研究者利用全细胞膜片钳技术，观察上述药物联合应用后对稳定表达hERG钾通道的HEK293细胞hERG通道的影响。研究结果表明，小檗碱类药物与瑞舒伐他汀、格列本脲联合应用后对hERG电流的抑制作用明显强于单独使用，小檗碱与川芎嗪合用后对hERG电流的抑制作用与小檗碱单用组相比无显著差异，故当对hERG通道具有抑制作用的两药合用时，诱发QT间期延长的风险会明显增加，心脏安全性降低。

在早期药物安全性评价中，应用膜片钳技术，使得化合物得到体外的安全评价，能用较低的成本快速及早地淘汰有问题的化合物，大大缩短药物开发周期。目前膜片钳技术已经大为普及，并广泛活跃在离子通道相关的研究当中。

[1] 小檗碱类联合用药的心脏安全性评价[J].