Genetik för QT-svar på Moxifloxacin (MOXIGEN)

I. Bakgrund och betydelse A. Historisk bakgrund och vetenskaplig grund Den vanligaste orsaken till utsättning eller begränsning av läkemedel som redan finns på marknaden är förlängning av QT-intervallet och den därav följande, potentiellt dödliga, arytmi, torsade de pointes1. Torsade de pointes beskrevs först på 1960-talet med kinidinbehandling2, och torsade de pointes uppträder vanligast med antiarytmika3, även om risken för plötslig hjärtdöd ökar med 270 % vid användning av en QT-förlängande medicin som inte förlänger hjärtat4.

QT-intervallet för elektrokardiogrammet återspeglar ventrikulär myokardiell repolarisering, och abnormiteter i QT-intervallets varaktighet är den vanligaste indikatorn på onormal repolarisering. Även om det finns ett antal hypoteser för hur onormal repolarisering, och specifikt QT-förlängning, resulterar i ventrikulära arytmier, tycks det mest konsekventa fyndet vara att natriumkanaler under långvarig depolarisering återhämtar sig från inaktivering och reaktiverar, vilket orsakar vad som kallas tidiga efterdepolarisationer. När de kombineras med heterogenitet i repolarisering också, skapar dessa tidiga efterdepolariseringar ett gynnsamt myokardiellt substrat för återinträde, vilket resulterar i fortplantning av intramyokardiella återinträdesvågor och torsade de pointes5.

Läkemedelsinducerad QT-förlängning är den främsta barriären för nya terapeutiska medel som kommer ut på marknaden. Medan ett antal mediciner, miljöfaktorer och genetiska faktorer har associerats med QT-förlängning, är vår förmåga att på individuell basis förutsäga vem som kommer att utveckla QT-förlängning, för att inte tala om torsade de pointes, begränsad.

Ett personligt genetiskt tillvägagångssätt för förebyggande av toxicitet skulle vara viktigt eftersom kardiotoxiska läkemedelssvar inte är specifik för en enda klass av läkemedel; riskförutsägelse för arytmogenicitet kan tillämpas på mediciner som används under en mängd olika tillstånd. Snävt kan denna forskning göra det möjligt för läkemedel med för närvarande marginella risk-/nyttoprofiler att släppas ut på marknaden, skona dem som är i riskzonen och ge tillgång till nya terapier för dem som inte är det. Ur ett folkhälsoperspektiv kommer det att minska potentiellt dödlig toxicitet och därmed förbättra människors hälsa genom identifiering av särskilda individer i riskzonen.

B. Tidigare studier I en metaanalys av tre blivande kohorter - Cardiovascular Health Study, Framingham Heart Study och Rotterdam Study - i 13 685 vita människor av europeisk härkomst som en del av QTGEN-konsortiet identifierade Newton-Cheh och kollegor vanliga variantassociationer (p < 5x10-8) vid fem loci som tidigare associerats med QT-intervall: NOS1AP, KCNQ1, KCNE1, KCNH2 och SCN5A, såväl som nya associationer i 5 andra loci som tidigare inte känts igen för att påverka myokardial repolarisering10. Vid dessa 10 loci förklarade 14 oberoende varianter 5,4 - 6,5 % av variationen i QT-intervallet, vilket var mer än vad som förklaras av kön eller ålder, de starkaste icke-genetiska kliniska faktorerna10. En QT-genotyppoäng baserad på dessa varianter var associerad med en 9,7 - 12,4 ms längre QTc i den övre kvintilen jämfört med den nedre kvintilen i metaanalysproverna, som inkluderade heterogen ålder, riskfaktor och läkemedelsexponeringsprofiler10-12. Dessa effekter var konsekventa hos individer av både europeisk och afroamerikansk härkomst. Detta QT-poäng validerades oberoende i ett finskt befolkningsprov där fullständig medicinering möjliggjorde exkludering av de på QT-förändrande terapi, och där QT-poängen var associerad med en 15,6ms QT-intervallskillnad mellan de övre och nedre kvintilerna13.

Moxifloxacin är väl lämpat för att studera läkemedelsinducerad QT-förlängning, eftersom det är känt att orsaka övergående och mild QT-förlängning. Jämfört med placebo är 400 mg oralt moxifloxacin associerat med en ökning på cirka 10 msek i det hjärtfrekvenskorrigerade QT-intervallet14, 15. Trots denna ökning av QT-intervallet finns det ingen rapporterad ökad risk för plötslig död vid oral administrering av en engångsdos av moxifloxacin16, så det är ett säkert och välvaliderat läkemedel att använda i studien av kardiotoxiskt läkemedelssvar hos friska försökspersoner. Dessutom har den använts i stor utsträckning av läkemedelsindustrin som en positiv kontroll som krävs av FDA för att visa en tillräckligt känslig metod för att upptäcka QT-förlängning.

C. Bakgrund till föreslagen nytta av forskning Läkemedelsinducerad QT-förlängning är en betydande folkhälsorisk och ett stort hinder för läkemedelsutveckling19-21. Till exempel kan cisaprid, ett medel för motilitet i matstrupen som används för gastro-esofageal reflux, ha resulterat i mer än 80 dödsfall innan det drogs ut från marknaden22. Förutom identifiering av skyldiga mediciner finns det också egenskaper hos den sårbara patienten, inklusive kvinnligt kön23, bradykardi24, hypokalemi25 och genetisk predisposition genom sällsynta mutationer3, 6, 26, som gör att vissa individer löper högre risk för dödlig arytmi. Identifiering av dessa i riskzonen med användning av genetiska markörer skulle utgöra ett avgörande framsteg mot säkrare farmakoterapi7. Grunden för denna studie är att utöka användningen av genetik bortom sällsynta familjemutationer som predisponerar för risk för QT-förlängning till storskalig screening av den allmänna befolkningen genom genotypning (analys för specifika varianter) för relativt vanliga polymorfismer som kan öka risken för QT förlängning och efterföljande torsade de pointes.

II. Specifikt syfte Vi antar att vanliga genetiska varianter med intermediära effekter på vilande QT, när de undersöks sammantaget, kan identifiera en undergrupp av individer med risk för överdriven förlängning av QT-intervallet som svar på en QT-förlängande medicin.

Denna hypotes kommer att testas genom följande specifika syfte:

Att bedöma förmågan hos vanliga genetiska varianter i aggregat att förutsäga läkemedelsinducerad QT-förlängning hos friska försökspersoner. Vi kommer att rekrytera 80 friska frivilliga från den övre och nedre kvintilen av en QT-genotyppoäng för bedömning av QT-svar på moxifloxacin jämfört med placebo vid Massachusetts General Hospital (MGH).

III. Val av ämne A. Inklusions-/uteslutningskriterier: Dr. Newton-Cheh har genom ett separat protokoll hittills rekryterat över 1 000 friska frivilliga i åldern 18 till 40 med samtycke för återkontakt på grundval av genotyper som fastställts efter ett första screeningbesök, alla av vilka har genomgått DNA-extraktion. Av den befintliga samlingen av 1000 ämnen är cirka 75 % självbeskrivna europeiska/kaukasiska och 8 % är afroamerikaner. Dessa är i övrigt friska individer i åldrarna 18 år och äldre. För den här studien kommer vi att genotypa 68 oberoende QT SNP: er med hjälp av Sequenom genotypningsarrayen i MGH Center for Human Genetic Research Sequenom kärna på dessa prover. Genotyppoängen är summan av de förutsagda effekterna på QT-intervallet för varje genotyp. Från genotyppoängen kommer vi att bestämma uppsättningen av individer som tillhör den övre eller nedre kvintilen av QT genotypriskpoäng för att vara berättigade till vår moxifloxacinstudie (se nedan för detaljer om genotyppoängberäkningen). Uppenbarligen friska manliga och kvinnliga frivilliga av europeisk och afroamerikansk härkomst, mellan 18 och 50 år gamla, kommer att vara berättigade om de är fria från känd kardiovaskulär, njur-, leversjukdom, inte har någon personlig eller familjehistoria av plötslig hjärtdöd; använd inga receptbelagda eller receptfria läkemedel samt rekreationsdroger; har ingen bradykardi (definierad som vilopuls < 50 slag/min), överledningssjukdom (QRS > 100 ms) eller QTc-förlängning på elektrokardiografi (QTc > 500 msek); och har normalt serumkalium (K>3,3) och magnesium (Mg>1,8), samt njur- och leverfunktionstester. Vi kommer att utesluta kvinnor som ammar, är gravida eller planerar att bli gravida under studieperioden, ger dem råd om vikten av att använda preventivmedel under studieperioden och kontrollerar ett serum-HCG vid screeningbesöket. Vi uppskattar att 266 individer (133 i de högsta respektive lägsta kvintilerna) kommer att vara berättigade.

IV. Ämnesregistrering

A. Metoder för registrering och förfaranden för informerat samtycke:

Se ovan för detaljer om ämnesidentifiering för registrering. Berättigade personer kommer att bjudas in för ett screeningbesök för moxifloxacinstudien med en målinskrivning på 40 i varje genotypgrupp. Vi planerar att kontakta upp till 266 individer som är i den övre och nedre kvintilen av QT genotyppoäng för att komma in för screeningbesöket. Vi räknar med att bjuda in cirka 160 individer till screeningbesöket, med en målinskrivning på 80 individer. Dessa försökspersoner kommer att kontaktas per telefon angående deltagande i denna studie, och sedan kommer informerat samtycke att erhållas vid ankomsten till screeningbesöket, och verifieras vid efterföljande besök om de är berättigade till studieprotokollet.

V. Studieprotokoll A. Datainsamling: Försökspersonerna kommer att föras till MGH Clinical Research Center för ett första screeningbesök där behörighetskriterierna kommer att granskas (med uteslutning/inkludering i tillämpliga fall), och de kommer att få en EKG-registrering. Kvalificerade individer för studiebesöken kommer att föras tillbaka senare till MGH Clinical Research Center på två separata dagar åtskilda av minst en vecka (för att säkerställa tvättning). Vid varje besök kommer de att få studieläkemedlet (antingen 400 mg oralt moxifloxacin eller placebo) fördelat genom dubbelblind blockrandomisering (per kön och genotypgrupp separat) kl. 10 i fastande tillstånd (statistikern kommer att hålla randomiseringsnyckeln; all annan studiepersonal kommer att vara förblindad tills studien avslutas). Kvinnor kommer att screenas för graviditet med urin-HCG vid båda studiebesöken. De kommer att genomgå 6 EKG vid tidpunkten 0 och med 30 minuters intervall därefter, i sittande läge efter minst 15 minuters vila med fast elektrodplacering i totalt 6 timmar efter administrering av studieläkemedlet. Efter 2, 4 och 6 timmar tar vi ett blodprov för plasmamoxifloxacinbestämning med masspektrometri. Alla EKG:n laddas upp till en forskningspartition av GE MUSE 7 EKG-databasen från Massachusetts General Hospital, och 12 SL-algoritmen används för intervallmätning, som användes i tidigare studier av vår grupp. Vi kommer att övervaka QT var 30:e minut under hela protokollet och kommer att identifiera alla försökspersoner med markerad QT-förlängning. Varje försöksperson som har en QTc >500 ms kommer att hållas i HCRC för vidare observation, med beslutet att antingen följa upp på HCRC varje morgon tills det är mindre än 500 ms eller läggas in på sjukhuset för telemetri baserat på graden av förlängning och läkarens bedömning.

B. Venpunktur: Venpunktion kommer att utföras med standardtekniker för att erhålla plasma för kvantifiering av moxifloxacinnivåer. Vi kommer att samla in 10 ml blod 2 timmar, 4 timmar och 6 timmar efter administrering av studieläkemedlet (totalt 30 ml).

C. Genotypning: Genotypning kommer att utföras av Sequenom genotypning array i MGH Center for Human Genetic Research Sequenom kärna på existerande genomiskt DNA isolerat i.

VI. Biostatistisk analys:

QT genotyppoäng. Vi planerar att använda en modifiering av QT genotyppoängen som tidigare har fastställts11, 12 och validerats av oss i en separat finsk kohort13. Poängen konstrueras med användning av allelkopietal multiplicerat med effektuppskattningar. Från genotyppoängen kommer vi att bestämma uppsättningen individer som tillhör den övre eller nedre kvintilen av QT genotypriskpoäng (av vilka vi förväntar oss 75 % (n=133 per quintile)) för att vara berättigad till vår moxifloxacinstudie, baserat på vårt tidigare pilotarbete. Vi kommer att bjuda in dessa individer att komma in för ett screeningbesök (se ovan) för moxifloxacinstudien med en målregistrering på 40 i varje genotypgrupp.

Resultatbedömning: Varje individ med sinusarytmi närvarande i över 50 % av EKG:n under de två studiebesöken kommer att uteslutas från analysen. EKG med prematura ventrikulära eller förmaksslag kommer att tas bort från analys (dessa är mycket ovanliga hos friska frivilliga). QTc som använder Fridericias hjärtfrekvenskorrigering (QTc = QT/3√RR) kommer att tas som genomsnittet av alla kvalificerade EKG från varje tidpunkt. ΔQTc kommer att beräknas som skillnaden i QTc från baslinjen (efter administrering av studieläkemedel/placebo) för varje tidpunkt. Från ΔQTc kommer skillnaden mellan post-moxifloxacin och post-placebo ΔQTc sedan att beräknas vid varje tidpunkt (ΔΔQTc) också. Medelvärdet för ΔΔQTc från 180-300 minuters tidpunkter (som från vårt pilotarbete och publicerade rapporter förväntas vara 10 msek) kommer sedan att jämföras mellan de två genotypgrupperna (topp och botten och kvintil) med hjälp av ett oparat t-test. Vi uppskattar att 40 personer i varje grupp kommer att behövas för att ha tillräcklig kraft för att upptäcka en kliniskt betydelsefull (6,3 msek) skillnad i QT-förlängning mellan de två grupperna baserat på våra pilotdata (tabell 2). En ökning med 6 msek efter exponering för ett läkemedel jämfört med placebo är den tröskel vid vilken FDA väcker oro för ett läkemedels potential att orsaka torsade de pointes och är således kliniskt signifikant.

Sekundära analyser. Vi planerar att utföra tre sekundära analyser. Först kommer vi att undersöka påverkan av enstaka SNP med starkare effekt på QT-svar på moxifloxacin. Eftersom effektberäkningar och studieregistrering baseras på den aggregerade genotyppoängen, förväntar vi oss att dessa sekundära analyser är underdrivna. För det andra, om vi observerar en signifikant skillnad i QT-svar mellan övre och nedre kvintiler av QT-genotyppoäng, kommer vi att undersöka decilernas inverkan på observerade resultat genom att jämföra den 9:e (80-90%ile) och 10:e decilerna (>90%ile) poäng till den nedre decilen eller kvintilen, även om med tanke på genotyppoängens sammansatta karaktär och varianternas additiv karaktär, förväntar vi oss ingen tröskeleffekt. Slutligen kommer vi att bestämma effekten av baslinje-QTc på QT-svar och testa om ytterligare justering för baslinje-QTc ändrar någon observerad effekt av genotyppoäng på QT-svar på moxifloxacin.