Genetikk av QT-respons på Moxifloxacin (MOXIGEN)

I. Bakgrunn og betydning A. Historisk bakgrunn og vitenskapelig grunnlag Den vanligste årsaken til tilbaketrekking eller begrensning av medikamenter som allerede er på markedet er forlengelse av QT-intervallet, og den påfølgende, potensielt dødelige, arytmi, torsade de pointes1. Torsade de pointes ble først beskrevet på 1960-tallet med kinidinbehandling2, og torsade de pointes forekommer oftest med antiarytmika3, selv om risikoen for plutselig hjertedød øker med 270 % ved bruk av ikke-kardial QT-forlengende medisin4.

QT-intervallet til elektrokardiogrammet reflekterer ventrikulær myokardial repolarisering, og abnormiteter i varigheten av QT-intervallet er den vanligste indikatoren på unormal repolarisering. Selv om det eksisterer en rekke hypoteser for hvordan unormal repolarisering, og spesifikt QT-forlengelse, resulterer i ventrikulære arytmier, ser det mest konsistente funnet ut til å være at natriumkanaler under forlenget depolarisering gjenoppretter seg etter inaktivering og reaktiveres, noe som forårsaker det som kalles tidlige etterdepolarisasjoner. Når de kombineres med heterogenitet i repolarisering også, skaper disse tidlige etterdepolarisasjonene et gunstig myokardsubstrat for reentry, noe som resulterer i forplantning av intramyokardielle reentry-bølger og torsade de pointes5.

Legemiddelindusert QT-forlengelse er den største barrieren for nye terapeutiske midler som kommer på markedet. Mens en rekke medisiner, miljøfaktorer og genetiske faktorer har vært assosiert med QT-forlengelse, er vår evne til å forutsi på individuell basis hvem som vil utvikle QT-forlengelse, for ikke å snakke om torsade de pointes, begrenset.

En personlig genetisk tilnærming til toksisitetsforebygging vil være viktig fordi kardiotoksisk medikamentrespons ikke er spesifikk for en enkelt klasse medikamenter; risikoprediksjon for arytmogenisitet kan brukes på tvers av medisiner som brukes under en rekke tilstander. På en snevert måte kan denne forskningen gjøre det mulig å bringe medisiner med for tiden marginale risiko-/nytteprofiler på markedet, skåne de som er i fare, og gi tilgang til nye terapier for de som ikke er det. Fra et folkehelseperspektiv vil det redusere potensielt dødelig toksisitet og dermed forbedre menneskers helse gjennom identifisering av bestemte individer i risikogruppen.

B. Tidligere studier I en metaanalyse av tre potensielle kohorter - Cardiovascular Health Study, Framingham Heart Study og Rotterdam Study - i 13 685 hvite mennesker av europeisk avstamning som en del av QTGEN-konsortiet, identifiserte Newton-Cheh og kolleger vanlige variantassosiasjoner (p < 5x10-8) ved fem loci tidligere assosiert med QT-intervall: NOS1AP, KCNQ1, KCNE1, KCNH2 og SCN5A, samt nye assosiasjoner i 5 andre loci som tidligere ikke er gjenkjent for å påvirke myokardrepolarisering10. Ved disse 10 lociene forklarte 14 uavhengige varianter 5,4 - 6,5 % av variasjonen i QT-intervallet, som var mer enn det som forklares av kjønn eller alder, de sterkeste ikke-genetiske kliniske faktorene10. En QT-genotypeskåre basert på disse variantene var assosiert med en 9,7 - 12,4 ms lengre QTc i den øverste kvintilen sammenlignet med den nederste kvintilen i metaanalyseprøvene, som inkluderte heterogen alder, risikofaktor og medikamenteksponeringsprofiler10-12. Disse effektene var konsistente hos individer av både europeiske og afroamerikanske aner. Denne QT-skåren ble uavhengig validert i et finsk populasjonsutvalg der fullstendig medisinkonstatering muliggjorde ekskludering av de på QT-endrende terapi, og der QT-skåren var assosiert med en 15,6 ms QT-intervallforskjell mellom topp- og bunnkvintilene13.

Moxifloxacin er godt egnet til å studere legemiddelindusert QT-forlengelse, da det er kjent å forårsake forbigående og mild QT-forlengelse. Sammenlignet med placebo er 400 mg oral moxifloxacin assosiert med en økning på omtrent 10 msek i det hjertefrekvenskorrigerte QT-intervallet14, 15. Til tross for denne økningen i QT-intervall, er det ingen rapportert økt risiko for plutselig død ved oral administrering av en enkeltdose moxifloxacin16, så det er et trygt og godt validert medikament å bruke i studiet av kardiotoksisk medikamentrespons hos friske mennesker. Dessuten har den blitt mye brukt av den farmasøytiske industrien som en positiv kontroll som kreves av FDA for å demonstrere en tilstrekkelig sensitiv metode for å oppdage QT-forlengelse.

C. Begrunnelse for foreslått nytte av forskning Legemiddelindusert QT-forlengelse er en betydelig folkehelserisiko og en stor barriere for legemiddelutvikling19-21. For eksempel kan cisaprid, et esophageal motilitetsmiddel som brukes for gastro-esophageal refluks, ha resultert i mer enn 80 dødsfall før det ble trukket fra markedet22. I tillegg til identifisering av skyldige medisiner, er det også kjennetegn ved den sårbare pasienten, inkludert kvinnelig kjønn23, bradykardi24, hypokalemi25 og genetisk predisposisjon ved sjeldne mutasjoner3, 6, 26, som setter visse individer i høyere risiko for dødelig arytmi. Identifisering av disse risikopersonene ved bruk av genetiske markører vil representere et kritisk fremskritt mot sikrere farmakoterapi7. Grunnlaget for denne studien er å utvide bruken av genetikk utover sjeldne familiemutasjoner som disponerer for risiko for QT-forlengelse til storskala screening av den generelle befolkningen ved genotyping (analyse for spesifikke varianter) for relativt vanlige polymorfismer som kan øke risikoen for QT forlengelse, og påfølgende torsade de pointes.

II. Spesifikt mål Vi antar at vanlige genetiske varianter med mellomvirkning på hvilende QT, når de undersøkes samlet, kan identifisere en undergruppe av individer med risiko for overdreven forlengelse av QT-intervallet som respons på en QT-forlengende medisin.

Denne hypotesen vil bli testet gjennom følgende spesifikke mål:

Å vurdere evnen til vanlige genetiske varianter samlet til å forutsi legemiddelindusert QT-forlengelse hos friske personer. Vi vil rekruttere 80 friske frivillige hentet fra den øverste og nederste kvintilen av en QT-genotypeskåre for vurdering av QT-respons på moxifloxacin sammenlignet med placebo ved Massachusetts General Hospital (MGH).

III. Emnevalg A. Inkluderings-/eksklusjonskriterier: Dr. Newton-Cheh har gjennom en egen protokoll rekruttert til dags dato over 1000 friske frivillige i alderen 18 til 40 år med samtykke for ny kontakt på grunnlag av genotyper bestemt etter et første screeningbesøk, alle hvorav har gjennomgått DNA-ekstraksjon. Fra den eksisterende samlingen på 1000 emner er omtrent 75 % selvskrevne europeiske/kaukasiske og 8 % afroamerikanere. Dette er ellers friske personer i alderen 18 år og eldre. For denne studien vil vi genotype 68 uavhengige QT SNP-er ved å bruke Sequenom genotyping-arrayen i MGH Center for Human Genetic Research Sequenom-kjernen på disse prøvene. Genotypeskåren er summen av de forutsagte effektene på QT-intervallet for hver genotype. Fra genotyppoengsummen vil vi bestemme settet med individer som tilhører den øverste eller nederste kvintilen av QT-genotyperisikoscore for å være kvalifisert for vår moxifloxacin-studie (se nedenfor for detaljer om beregningen av genotypepoengsummen). Tilsynelatende friske mannlige og kvinnelige frivillige av europeiske og afroamerikanske aner, mellom 18 og 50 år, vil være kvalifisert hvis de er fri for kjente kardiovaskulær, nyre-, leversykdom, ikke har noen personlig eller familiehistorie med plutselig hjertedød; bruk ingen reseptbelagte eller reseptfrie medisiner, så vel som rekreasjonsmedisiner; har ingen bradykardi (definert som hvilepuls < 50 bpm), ledningssykdom (QRS > 100 ms) eller QTc-forlengelse på elektrokardiografi (QTc > 500 msek); og har normalt serumkalium (K>3,3) og magnesium (Mg>1,8), samt nyre- og leverfunksjonstester. Vi vil ekskludere kvinner som ammer, er gravide eller planlegger å bli gravide i løpet av studieperioden, gir dem råd om viktigheten av å bruke prevensjon i studieperioden og sjekker et serum-HCG på screeningbesøket. Vi anslår at 266 individer (133 i henholdsvis høyeste og laveste kvintiler) vil være kvalifisert.

IV. Fagpåmelding

A. Registreringsmetoder og prosedyrer for informert samtykke:

Se ovenfor for detaljer om emneidentifikasjon for påmelding. Kvalifiserte personer vil bli invitert til å komme inn for et screeningbesøk for moxifloxacin-studien med en målregistrering på 40 i hver genotypegruppe. Vi planlegger å kontakte opptil 266 individer som er i øvre og nedre kvintiler av QT-genotypeskåre for å komme inn for screeningbesøket. Vi forventer å invitere ca. 160 individer til screeningbesøket, med en målprøvestørrelse på 80 individer. Disse forsøkspersonene vil bli kontaktet på telefon om deltakelse i denne studien, og deretter vil informert samtykke innhentes ved ankomst til screeningbesøket, og verifiseres ved påfølgende besøk om de er kvalifisert for studieprotokollen.

V. Studieprotokoll A. Datainnsamling: Forsøkspersonene vil bli brakt til MGH Clinical Research Center for et innledende screeningbesøk der kvalifikasjonskriteriene vil bli gjennomgått (med eksklusjon/inkludering som aktuelt), og de vil få en EKG-registrering. Kvalifiserte personer for studiebesøkene vil senere bli brakt tilbake til MGH Clinical Research Center på to separate dager atskilt med minst én uke (for å sikre utvasking). Ved hvert besøk vil de motta studiemedisin (enten 400 mg oral moksifloksacin eller placebo) tildelt ved dobbeltblindet blokkrandomisering (etter kjønn og genotypegruppe separat) kl. 10.00 i fastende tilstand (statistikeren vil ha randomiseringsnøkkelen; alt annet studiepersonell vil bli blindet frem til studieavslutning). Kvinner vil bli screenet for graviditet ved bruk av urin-HCG ved begge studiebesøkene. De vil gjennomgå 6 EKG ved tid 0 og med 30 minutters intervaller deretter, i sittende stilling etter minst 15 minutter hvile ved bruk av fast elektrodeplassering i totalt 6 timer etter administrering av studiemedikamentet. Etter 2, 4 og 6 timer vil vi ta en blodprøve for plasmamoxifloxacin-bestemmelse ved massespektrometri. Alle EKG-er lastes opp til en forskningspartisjon av GE MUSE 7 EKG-databasen til Massachusetts General Hospital, og 12 SL-algoritmen brukt for intervallmåling, som brukt i tidligere studier av vår gruppe. Vi vil overvåke QT hvert 30. minutt gjennom hele protokollen og vil identifisere alle personer med markert QT-forlengelse. Enhver forsøksperson som har en QTc >500 ms vil bli holdt i HCRC for videre observasjon, med beslutningen om enten å følge opp ved HCRC hver morgen til den er mindre enn 500 ms eller bli innlagt på sykehuset for telemetri basert på graden av forlengelse og klinikerens dømmekraft.

B. Venepunktur: Venepunktur vil bli utført ved bruk av standardteknikker for å oppnå plasma for kvantifisering av moxifloxacin-nivåer. Vi vil samle inn 10 ml blod 2 timer, 4 timer og 6 timer etter administrering av studiemedisin (totalt 30 ml).

C. Genotyping: Genotyping vil bli utført av Sequenom genotyping array i MGH Center for Human Genetic Research Sequenom kjerne på eksisterende genomisk DNA isolert i.

VI. Biostatistisk analyse:

QT Genotype Score. Vi planlegger å bruke en modifikasjon av QT-genotypeskåren som tidligere er etablert11, 12 og validert av oss i en egen finsk kohort13. Poengsummen er konstruert ved bruk av allelkopiantall multiplisert med effektestimat Fra genotypeskåren vil vi bestemme settet med individer som tilhører den øverste eller nederste kvintilen av QT-genotyperisikoscore (hvorav vi forventer 75 % (n=133 pr. quintile)) for å være kvalifisert for vår moxifloxacin-studie, basert på vårt tidligere pilotarbeid. Vi vil invitere disse personene til å komme inn for et screeningbesøk (se ovenfor) for moxifloxacin-studien med en målregistrering på 40 i hver genotypegruppe.

Resultatvurdering: Ethvert individ med sinusarytmi tilstede i over 50 % av EKGene under de to studiebesøkene vil bli utelatt fra analysen. EKG med premature ventrikulære eller atrielle slag vil bli droppet fra analyse (disse er svært uvanlig hos friske frivillige). QTc som bruker Fridericias hjertefrekvenskorreksjon (QTc = QT/3√RR) vil bli tatt som gjennomsnittet av alle kvalifiserte EKG fra hvert tidspunkt. ΔQTc vil bli beregnet som forskjellen i QTc fra baseline (etter studiemedisin/placeboadministrasjon) for hvert tidspunkt. Fra ΔQTc vil forskjellen mellom post-moxifloxacin og post-placebo ΔQTc da også beregnes ved hvert tidspunkt (ΔΔQTc). Gjennomsnittlig ΔΔQTc fra 180-300 minutters tidspunkt (som fra vårt pilotarbeid og publiserte rapporter forventes å være 10 msek) vil deretter bli sammenlignet mellom de to genotypegruppene (topp og bunn og kvintil) ved bruk av en uparet t-test. Vi anslår at 40 personer i hver gruppe vil være nødvendig for å ha tilstrekkelig kraft til å oppdage en klinisk meningsfull (6,3 msek) forskjell i QT-forlengelse mellom de to gruppene basert på våre pilotdata (tabell 2). En økning på 6 msek etter eksponering for et medikament sammenlignet med placebo er terskelen der FDA reiser bekymring for potensialet til et medikament til å forårsake torsade de pointes og er dermed klinisk signifikant.

Sekundære analyser. Vi planlegger å utføre tre sekundære analyser. Først vil vi undersøke påvirkningen av enkelt SNP med sterkere effekt på QT-respons på moxifloxacin. Ettersom kraftberegninger og studieregistrering er basert på den aggregerte genotypeskåren, forventer vi at disse sekundære analysene vil være understyrke. For det andre, hvis vi observerer en signifikant forskjell i QT-respons mellom topp- og bunnkvintiler av QT-genotypeskåre, vil vi undersøke påvirkningen av desiler på observerte resultater ved å sammenligne den 9. (80-90 %ile) og 10. desil (>90 %ile) av poengsum til nederste desil eller kvintil, selv om gitt den sammensatte karakteren til genotyppoengsummen og additiv karakter av variantene, forventer vi ikke en terskeleffekt. Til slutt vil vi bestemme virkningen av baseline QTc på QT-respons og teste om ytterligere justering for baseline QTc endrer en observert effekt av genotypeskåre på QT-respons på moxifloxacin.