新药研发踩坑：传统安全药理测试为何抓不住潜在CNS毒性

在ICH S7A《人用药品安全药理学研究》指导原则中，功能性观察组合（FOB）和Irwin测试是中枢神经系统（CNS）安全药理评价的重要方法，几乎所有新化学实体（NCE）申报前都需完成相关试验。但实际研究过程中，仍有部分在FOB/Irwin中未见明显异常的化合物，进入临床试验后出现CNS不良事件，不得不终止后续研究开发。

这类差异不一定来自剂量设置，观察方式本身也可能造成信号遗漏。

一、传统FOB/Irwin评估的主要局限

FOB/Irwin通常具有观察时间短、依赖人工判断且多在白天进行等特点：

· 观察时间短：单次观察仅数分钟，且集中在预设时间点；

· 依赖人工判断：由观察人员评分，不同人员之间可能存在判定差异；

· 以白天观察为主：试验多安排在白天，而啮齿类动物主要在夜间活动。

夜间发生或重复给药后逐渐出现的轻微行为变化，可能无法被常规观察捕捉。Bryson等人在AstraZeneca、GSK、Janssen、Charles River、ICON、爱丁堡大学和英国NC3Rs共同参与的多机构验证研究中发现，3个此前在标准FOB/Irwin中未见异常的化合物，经Actual Analytics ActualHCA连续笼内监测复测后均检出原先遗漏的行为变化，其中1个化合物在临床试验阶段曾引起受试者癫痫发作[1]。

Actual HCA实验鼠笼内24小时行为监测仪及研究设计概览

二、哪些研究适合增加笼内连续监测

笼内连续监测不必替代所有传统试验，但以下情况可考虑作为补充：

· 候选化合物作用于CNS靶点，或已有靶点相关行为学信号；

· 需要评估重复给药后延迟出现或逐渐累积的行为变化；

· 需要记录暗相自发活动、社交互动或昼夜节律；

· FOB/Irwin结果为阴性，但同类机制药物在临床已有CNS信号；

· 计划在重复给药毒性研究中同步采集行为学数据，以减少独立satellite组。

Goodwin等人的研究展示了另一类应用。在关节炎小鼠模型中，研究人员利用Actual Analytics ActualHCA笼内连续监测记录群居小鼠的自发活动变化，并结合在体钙成像观察关节传入神经活动，从行为和神经活动两个层面分析关节炎过程中的疼痛特征[2]。

实验鼠笼分析显示，抗原诱导的关节炎小鼠在注射mBSA后活动减少

三、选择笼内连续监测系统时应关注的因素

不同系统的检测原理和适用场景不同，选型时可重点比较以下因素：

1. 是否支持群居饲养：能否在同一笼内识别多只动物，关系到个体活动和社交行为数据的可用性；

2. 识别方式：RFID基板定位、视频姿态识别和红外光束等技术，对理毛、立竖、嗅探等行为的分辨能力不同；

3. 是否覆盖夜间：能否在尽量少干扰动物的情况下连续记录24小时；

4. 是否兼容现有IVC笼架：能否直接用于标准笼位，减少更换笼具体系带来的影响；

5. 数据可追溯性：原始视频和时间序列数据能否同步保存，便于后续复核、审计和重新分析。

Krackow等人验证了Actual Analytics ActualHCA在群居小鼠个体识别及不同品系行为比较中的表现。结果显示，该系统在长期群居条件下能够稳定区分不同近交系小鼠的自发活动模式[3]。

（A）1只C3H/HeH小鼠、（B）3只C3H/HeH小鼠组成的笼群（n=3），以及（C）全部C3H/HeH小鼠（n=15）7天内的24小时平均活动

四、不同笼内行为监测系统的侧重点

目前常见的笼内行为监测系统主要采用以下几类技术路线：

· Actual Analytics‌ ActualHCA采用RFID基板定位与红外视频同步记录，在不更换标准IVC笼具的情况下，可进行群居条件下的个体识别和连续监测，更适合与安全药理及重复给药毒性研究流程结合。

· Noldus PhenoTyper：以笼内观测箱和视频跟踪为主，侧重行为范式和认知测试，适合独立行为学实验场景；但通常以单笼单鼠为主，群居社交数据有限；

· TSE Systems LabMaster：将代谢笼与行为模块结合，可同步记录摄食、摄水、呼吸交换和活动，适合代谢及能量平衡研究，精细行为分类和社交识别并非主要功能；

· Clever Sys HomeCageScan：以视频分析软件为主，可对现有笼具视频进行行为分类，使用较灵活；但识别结果易受光照、遮挡和bedding厚度影响，也不提供RFID个体定位。

五、总结

现阶段，笼内连续监测还不能直接替代FOB/Irwin作为监管递交中评估中枢神经系统的关键方法，但可用于补充行为学证据，例如早期识别CNS信号、为后续安全药理研究确定剂量和观察时间窗，或嵌入GLP重复给药毒性研究以提高动物利用率（符合3Rs）。用于合规研究前，还需在目标品系、给药方式和饲养条件下完成方法学验证，并建立数据采集、存储和审计SOP。

常见问答

Q：笼内监测能否替代FOB/Irwin用于IND申报？
目前还不能直接替代。笼内连续监测更适合作为补充方法，用于早期筛选、剂量优化，或嵌入GLP重复给药毒性研究开展行为学评估。是否能够进一步作为关键方法，还需要结合具体品种的验证数据，并与监管机构沟通确定。

Q：群居饲养是否会影响个体数据？
主要取决于监测系统是否具备稳定的个体识别能力。采用RFID基板定位与视频同步记录后，可以在群居条件下区分不同动物，并分别记录其活动数据。ActualHCA的设计重点之一就是在保留群居饲养方式的同时完成个体识别。

Q：为什么需要记录夜间数据？
啮齿类动物主要在夜间活动，其夜间活动量明显高于白天。一些药物引起的自发活动、社交行为或昼夜节律变化，可能主要出现在这一阶段。传统FOB/Irwin多在白天进行定时观察，因此容易遗漏这部分行为变化。

Q：连续监测的数据量有多大？
连续监测产生的数据量明显高于传统人工观察。单只动物进行24小时记录时，会持续产生视频和定位时间序列数据。在试验设计阶段就需要确定数据存储、备份、分析及后续追溯方式。

参考文献

1. Bryson B, et al. Rodent home cage monitoring for preclinical safety pharmacology assessment: results of a multi-company validation evaluating nonclinical and clinical data from three compounds. Frontiers in Toxicology, 2025. DOI: 10.3389/ftox.2025.1655330

2. Goodwin GL, et al. Using in vivo calcium imaging to examine joint neuron spontaneous activity and home cage analysis to monitor activity changes in mouse models of arthritis. Arthritis Research & Therapy, 2025. DOI: 10.1186/s13075-025-03515-w

3. Krackow M, et al. Analysis of Individual Mouse Activity in Group Housed Animals of Different Inbred Strains using a Novel Automated Home Cage Analysis System. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 2016, 10:106. DOI: 10.3389/fnbeh.2016.00106