显示橙色细胞核和绿色溶酶体的完整肝细胞彩色透射电镜主题图。
肝细胞彩色透射电镜主题图,细胞核为橙色、溶酶体为绿色。(Kevin Mackenzie, University of Aberdeen / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

在扩增能力与肝细胞功能之间调整培养条件

用于药物研究的肝细胞模型既需要稳定供给,也需要保持代谢和毒性响应。中国研究团队在 Acta Pharmaceutica Sinica B 报告,以 SB431542 和骨形态发生蛋白 4(BMP4)处理人多能干细胞来源肝内胚层,形成可扩增肝内胚层类器官(SB-HEO),再检验药物相关功能。

主要体系从人诱导多能干细胞(iPSC)系 F1 分化至肝内胚层阶段,在 Matrigel 中每孔接种约 5000 个细胞。初始生长培养约 14–15 天后,团队通过去除部分培养成分建立扩增培养条件,维持超过 20 次传代和 5 个月培养。另有多条人多能干细胞系用于检查该建模策略的适用性。

进一步分化提高肝细胞相关标志与功能。分化状态下的白蛋白、α1 抗胰蛋白酶分泌及尿素生成高于未分化状态,仍低于原代人肝细胞参照。

比较肝毒性药物与结构相近参照

团队在不同培养模型中比较 6 种已知肝毒性药物的浓度反应。以三磷酸腺苷(ATP)含量评价细胞活性,作者报告 SB-HEO 在 6 种药物中均较早出现浓度响应,是本次比较中最敏感的模型组。

结构相近药物的配对试验提供了更具体的检验:曲格列酮与罗格列酮、曲伐沙星与左氧氟沙星在毒性响应上有差别。左氧氟沙星在临床峰浓度 23.8 μM 附近没有明显细胞毒性,在约 25 倍该浓度时则出现约 65% 的 ATP 相关活性损失。

代谢试验用液相色谱–串联质谱检测底物生成的产物,并按蛋白量归一化。SB-HEO 的 5 种细胞色素 P450(CYP)活性均高于二维肝样细胞和 HepG2,其中 CYP1A2、CYP2C19 与 CYP3A4 较接近原代肝细胞。

在油酸诱导的脂肪积累模型中测试 5 种干预

200–800 μM 油酸处理 3 天增加了脂滴与甘油三酯,测试范围内 ATP 信号未明显下降。研究还测试 elafibranor、利拉鲁肽、二甲双胍、奥贝胆酸和 saroglitazar,比较它们对脂肪积累的影响。

5 种分子在相应测试条件下都出现至少约 20% 的脂肪积累抑制,但浓度条件很关键:奥贝胆酸在生理相关浓度下未预防脂肪积累。

这一体系提供了可扩增的药物评价材料,当前模型主要由肝上皮相关细胞组成,缺少肝免疫、星状及内皮微环境;白蛋白和尿素功能也低于原代参照。缺少这些细胞组分,也限制了模型对进一步炎症和纤维化过程的模拟。

来源与延伸阅读

  1. Generation and applications of an expandable and mature hiPSC-derived liver organoid. Acta Pharmaceutica Sinica B (2025). ↗