什么是DILIsym？
DILIsym是一款定量系統毒理學(QST)商業軟件，用于預測和解釋化合物潛在的藥物性肝損傷(Drug-Induced Liver Injury, DILI）。在開展首次人體試驗FIH或開展臨床藥物性肝損傷試驗之前預測該化合物的DILI風險，從DILI的角度篩選最有可能成功的候選藥物或指導決策；預測不同給藥劑量或不同給藥方案下的DILI風險，指導給藥劑量的選擇；提高申辦方與法規監管機構關于肝毒性問題溝通的信心，從而讓受試者更少，更安全。
截止到2022年底，采用DILIsym建模提交給FDA等法規機構的項目已達33個。
藥物等模型參數的輸入界面
法規申報中，何時使用DILIsym?
DILIsym 模型架構
DILIsym模擬軟件預測肝毒性是通過整合化合物在肝臟中的暴露、藥物性肝損傷DILI涉及的機制、受試者個體間變異三個方面的相互作用來實現的。
DILIsym包括了主要肝細胞(如肝細胞、Kupffer細胞)、膽管細胞(膽管上皮細胞)、細胞內生化系統(如線粒體功能)和化合物在全身的動力學(如藥物的分布與代謝)。通過大量的公開文獻數據，DILIsym軟件建立可代表小鼠、大鼠、狗和人的生理、生化過程的模型。通過SimPops虛擬群體功能，還可考察個體間變異。
通過DILIsym的圖形界面操作，可設置新的模擬試驗，包括化合物、給藥劑量、給藥頻率、持續時間、機制和物種等信息。可以開展個體或群體的模擬。模擬結果除了在軟件中顯示外，還可導出到其他軟件做進一步分析；也可使用命令行運行模擬計算，從而作為流線型工作流中的一部分。
DILIsym 建模軟件的功能包括
DILIsym 人模型：通過多維度的參數來表征人體的生理，以評估候選藥物在人體發生DILI的風險。通過整合候選藥物的PK和PD信息，預測肝臟酶水平(如丙氨酸轉氨酶、天冬氨酸轉氨酶)、其他臨床變量(如膽紅素、凝血酶原時間、INR)以及組織器官的特性(如肝臟重量、GSH含量) 隨時間變化的曲線。藥物作用下游機制的其它假說也可進行研究，包括活性氧/氮的增加、ATP的利用、肝細胞的直接壞死和膽汁酸轉運體的抑制。
DILIsym 犬模型：通過多維度的參數來表征比格犬的生理，以評估候選藥物在犬體內發生DILI的風險。
DILIsym 大鼠模型：通過多維度的參數來表征SD大鼠的生理，以評估候選藥物在大鼠體內發生DILI的風險；可以整合化合物的PK與PD信息以預測肝臟生物標志物水平隨時間的變化曲線。
DILIsym 小鼠模型：通過多維度的參數來表征C57B1/6小鼠的生理，以評估候選藥物在小鼠體內發生DILI的風險；可以整合化合物的PK與PD信息以預測肝臟生物標志物水平隨時間的變化曲線。
轉化研究：將化合物的體外、小動物和大型動物數據可整合到DILIsym單一平臺上，從而更好地為項目推進決策提供依據，包括實驗設計、分析方法選擇和采樣時間。
虛擬群體SimPops模型：通過SimPops可產生不同的虛擬個體（包括人、犬、大鼠、小鼠），這些個體包括了影響DILI的潛在生物化學和機制因素的變異，其中人體模型的數據是最多的。
群體變異參數的設置選項
主要用途/優勢
預測化合物在人、犬、大鼠、小鼠的DILI風險；
評估給藥方案對潛在DILI的影響，并調整給藥方案降低DILI風險；
追蹤導致潛在DILI風險的機制；
跨種屬DILI機制的差異；
識別與DILI風險相關的非標準的機制性安全生物標志物；
整合非臨床和臨床數據，促進最大限度地使用研發數據；
自定義SimPops參數以反映臨床受試者的變異特征；
根據潛在的DILI篩選候藥物。
美國Simulations Plus：全球領先的生物模擬軟件開發與服務商
Simulations Plus創立至今近三十載，為全球客戶提供用于藥物發現、藥物開發、臨床研究、法規監管申報的模型引導的藥物研發軟件和相應的咨詢服務，涵蓋人工智能/機器學習、生理藥代動力學、定量系統藥理學/毒理學、群體PK/PD建模等。
凡默谷PharmoGo：制藥領域模擬軟件專業供應與技術服務商
凡默谷是一家專注于模型引導的藥物研發MIDD軟件供應與技術服務商，作為上海市專精特新中小型科技企業，凡默谷始終秉承“提高中國創新藥與仿制藥的研發效率，造福中國患者”的使命，我們團隊將不斷提升企業在MIDD領域的綜合實力，為制藥界同仁提供更優質的產品與服務!
部分企業用戶：
百濟神州、迪哲醫藥、和記黃埔、華領醫藥、濟民可信、豪森醫藥、維泰瑞隆、華東醫藥、京新藥業、臺灣中環、英矽智能InSilico、正大天晴、藥明康德、合全藥業、圣蘇新藥、康龍化成、新領先、上海醫藥集團、碩迪生物、諾華Novartis 、羅氏Roche、賽諾菲Sanofi等。
部分醫院用戶：
北京協和醫院、北京醫院、北京大學第一醫院、北京大學第三醫院、中國人民解放軍總醫院、首都醫科大學安貞醫院、中日友好醫院、首都醫科大學宣武醫院、北京高博博仁醫院、上海兒童醫學中心、復旦大學附屬華山醫院 、復旦大學附屬中山醫院、復旦大學附屬兒科醫院、上海中醫藥大學曙光醫院、上海市胸科醫院、江蘇省人民醫院 、浙江大學附屬一院 、浙江大學附屬二院、福建醫科大學第一醫院、中山大學孫逸仙醫院、中南大學湘雅三院、濟南市中心醫院、蘇州大學附屬第二醫院、吉林大學附屬第一醫院等。
法規部門：
CDE、中檢院化藥所、中檢院安評所、浙江藥檢院、湖北藥檢院、四川藥檢院、山東藥檢院、江蘇藥檢所、甘肅藥檢院、廣東藥檢所、上海藥檢所、北京藥檢所 、廈門藥檢院、內蒙藥檢院、深圳藥檢院、廣西藥檢所、貴州藥檢所、湖南藥檢院等。
學術單位：
上海藥物所、醫科院藥物所、醫科院生技所、防化研究院、中國醫藥工業研究總院、國家上海新藥安全評價中心、國家成都新藥安全評價中心、深圳灣實驗室、臺灣財團法人生物技術中心、臺灣財團法人生物技術中心、臺灣財團法人醫藥工業技術發展中心、中國藥科大學、沈陽藥科大學、北京大學、復旦大學、山東大學、上海中醫藥大學、北京中醫藥大學、天津中醫藥大學、中南大學、中山大學、首都師范大學、中國醫科大學、中國醫藥大學、陸軍軍醫大學、石河子大學等。
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DILIsym 包含的機制
DILIsym基于以下的理念進行開發，通過化合物(母藥和/或代謝產物)在肝臟中的暴露從而引起各自內在的毒性機制來描述可能產生的DILI。目前包括的機制有：
這些機制單獨或聯合作用可導致肝細胞凋亡或壞死。肝細胞壞死釋放損傷相關分子模式(DAMP)分子，能夠激活先天免疫細胞(如Kupffer細胞)。活化的免疫細胞將產生介質，可用于擴增正在進行損傷的細胞和/或促進肝臟的再生。免疫細胞也可能由于持續的炎癥過程而積累。此外，上述因素可能也會為適應性免疫反應的發展提供環境。
DILIsym還包括多個導致DILI的機制，包括受化合物的暴露影響的細胞內生化系統（如線粒體、膽汁酸、活性氮/氧）、肝細胞和膽管細胞生命周期、先天免疫反應的激活。DILIsym可以輸出包括細胞死亡時肝細胞釋放的生物標志物及總膽紅素的增加，以反映由于肝細胞損失或直接的膽紅素的作用酶/轉運體復合效應導致的肝功能損傷。還可輸出新興生物標志物(如GLDH, miR-122, CK-18)，開展新的機制研究。SimPops模型可考察個體間變異性對DILI的影響。
線粒體毒性機制
由于線粒體負責細胞ATP的大部分合成，線粒體功能的損傷在DILI中可發揮重要的作用。破壞任何ATP的合成都會導致ATP水平降低，引發其它細胞生化過程的紊亂，最終導致細胞壞死。母藥及其代謝物可能以多種方式破壞ATP的產生，最常見的是通過解偶聯減少線粒體蛋白濃度梯度，抑制電子傳輸鏈通量，或直接抑制ATP的合成。活性氧/氮(ROS/RNS)產生的增加也能減少ATP的合成。
此外，還開發了體外線粒體呼吸和ATP生成模型(MITOsym?)，該模型可以與體外線粒體試驗檢測結果直接比較。用于確定MITOsym的細胞參數包括耗氧率(OCR)和細胞外酸化率(ECAR)，ETC活性和糖酵解功能的變化。
膽汁酸機制
膽汁酸是調節脂質平衡和細胞功能的重要調節分子。然而，當它們在肝細胞中淤積時，會產生毒性作用。抑制肝臟外排轉運體，如BSEP、MRP3或MRP4，可能會導致膽汁酸超出生理濃度，進而導致肝臟毒性。該模型中膽汁酸生物化學包括與肝臟毒性有關的特定膽汁酸的動態變化，包含了膽汁酸的合成、吸收、再循環和流出。藥物介導的膽汁酸的動態變化可以增加細胞內的膽汁酸，繼而產生肝臟毒性。并對波生坦等典型化合物進行了模擬，以完善該模型，確保膽汁酸毒性的模型表現與現有數據一致。
活性氮/氧機制
化合物及其穩定或活性代謝物可通過減少細胞抗氧化劑、化合物直接介導或活性代謝物介導的相互作用等機制，導致肝細胞中活性氧/氮(ROS/RNS)產生的增加。ROS/RNS的輕微增加可觸發caspase酶的激活，引發caspase介導的肝細胞凋亡。ROS/RNS的大量增加可誘導肝細胞ATP的降低，進而破壞其它細胞生化過程(如線粒體電子傳遞鏈活性，膽汁酸轉運)，最終導致肝細胞壞死。在DILIsym中，ROS/RNS可以在肝臟的任何區域產生并擴散到相鄰區域
先天免疫機制
先天性免疫反應包括巨噬細胞(Kupffer)和肝竇內皮細胞(LSEC)群。巨噬細胞和巨噬細胞產生的免疫調節分子已被證明可以改變動物模型和患者的肝毒性。
肝細胞生命周期機制
DILIsym對單個肝細胞(壞死、凋亡和有絲分裂)進行了明確的跟蹤，可以與組織學數據進行比較。成熟的和年輕的肝細胞被分開包括在內，因為它們可能有不同的壞死和凋亡率，而且無生命力的細胞會以特定的半衰期被清除。
臨床生物標志物輸出機制
DILI的主要臨床指標包括許多生物標志物，其中很多包含在DILIsym中。DILIsym包括經典的血清生物標志物，如谷丙轉氨酶(ALT)、天門冬氨酸轉氨酶(AST)、膽紅素(總、偶聯和未偶聯)和凝血酶原時間。DILIsym還包含了DILI的新興生物標志物，如HMGB1、細胞角蛋白18 (K18)、山梨醇脫氫酶(SDH)、精氨酸酶-1 (Arg-1)和micro-RNA 122 (miR-122)。
DILIsym還包括許多其他有助于評估肝損傷水平的關鍵機制的輸出，如活肝細胞的比例、肝臟中三磷酸腺苷(ATP)和谷胱甘肽(GSH)的水平，以及各種PK輸出。活肝細胞的比例隨著時間的推移而被輸出，反映了肝細胞的凈損失和再生。結合底層模型的機制，DILIsym可以預測給定ALT曲線對應的肝細胞損失。
群體模擬SimPops
SimPops群體模擬用于解釋個體間變異，包括影響DILI的潛在生物化學和機制因素的變異。可通過設置數個重要的個體間參數的變異性來考察導致DILI的潛在影響。包括谷胱甘肽基線水平、細胞對氧化應激的反應、肝細胞恢復速度、炎癥等。SimPops中的藥物特異性包括代謝和分布參數的變異性。
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應用案例1：評估候選藥物的DILI風險
艾爾建公司的Ubrogepant（候選藥物）與Telcagepant（臨床上有DILI）和MK-3207（臨床上有DILI）化學結構上很相似，申報方想考察Ubrogepant在臨床上是否有DILI風險，DILIsym評估這三種化合物引起肝毒性的可能性，涉及的機制包括線粒體功能損傷、膽汁酸穩態的破壞和氧化應激的定量評估，以及肝細胞和肝細胞內劑量依賴藥物暴露的評估。DILIsym成功模擬了Telcagepant和MK-3207在臨床試驗中使用的給藥方案下的肝毒性。相比之下，DILIsym預測在Ubrogepant治療期間不會產生肝毒性，即使每日給藥劑量高達1000 mg (推薦臨床給藥劑量100 mg)也是安全的。DILIsym的模擬結果作為FDA批準Ubrogepant上市的科學依據之一，且藥品說明書中無藥物肝損傷的警告。此外，另一個公司Bioheavn也開展了Rimegepant和Zavegepant兩個CGRP受體拮抗劑的DILI評估，模擬結果表明這兩個候選藥物無肝毒性，后來輝瑞公司以110億美元的價格從Bioheavn公司收購了CGRP項目線。
部分參考文獻：Mechanistic Investigations Support Liver Safety of Ubrogepant.
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其他應用案例：
預測并比較lixivaptan（候選藥物）和tolvaptan（臨床上有DILI）的藥物性肝損傷，并將預測結果作為IND申報資料的一部分并提交給FDA。
引起remdesivir, tolvaptan, pexidartinib, TAK-875肝毒性風險的機制分析。
比較幾種大環內酯類抗生素的肝臟安全機制，作為solithromycin新藥申請的依據。
鑒定Entolimod和GGF2肝臟安全性的生物標志物分析。
指導新型抗生素候選藥物BAL30072的劑量優化。
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視頻 | 藥物性肝損傷評估軟件DILIsym在新藥研發中的應用