
HepaRG、HepG2 与原代肝细胞的Ⅰ相代谢比较
2022 年发表于 Drug Metabolism Reviews 的综述讨论了一个常见问题:容易获得、能够重复使用的肝来源细胞系,在多大程度上呈现原代人肝细胞的药物代谢功能。文章以 HepG2 和 HepaRG 为对象,围绕药物Ⅰ相代谢比较蛋白表达、基础酶活性和酶诱导反应。这些能力与药物清除、代谢产物形成及药物相互作用研究直接有关。
作者优先考察能够反映功能的资料。只报告 mRNA 增加的研究未被纳入其主要比较,主要比较侧重蛋白及酶活性资料。
HepG2 蛋白组成与代谢酶表达
HepG2 的优势是使用广泛、易于维持,能够支持多种细胞反应研究。但综述汇总的蛋白组比较显示,其整体特征与原代人肝细胞相距较远,较突出的蛋白更多与肿瘤细胞增殖有关。多种参与药物代谢的细胞色素 P450 酶(cytochrome P450,CYP)在原代细胞中能够检出,在 HepG2 中却很低。
文章还指出,把 HepG2 从二维改成三维培养,并没有在所讨论的蛋白组比较中消除这种差异。其部分酶表达更接近胎儿肝细胞特征。
这种蛋白差异也体现在功能测量中。综述汇总的多数 HepG2 基础 CYP 活性接近或低于检测限;即使是少数能够测出的 CYP3A4 活性,用咪达唑仑代谢衡量时,在所列研究中最高也仅约为单层原代肝细胞的 1/100。
HepaRG 的代谢表现与原代肝细胞比较
分化后的 HepaRG 在所比较细胞模型中,整体蛋白组成更接近原代人肝细胞。但不同研究报告的酶活性差异较大,比较所用的原代细胞状态也会影响结果:HepaRG 的部分活性接近单层培养的原代细胞,与原代细胞悬液相比则通常较低,CYP3A4 是较突出的例外。
细胞的遗传背景也是比较的一部分。HepaRG 来源于特定个体,携带 CYP2C9*2/*2、CYP3A5*3/*3 及 CYP2D6*2/*9 等代谢相关基因型。前两者与较低的相应酶活性有关,CYP2D6 则被作者归为中间代谢表型。这些特征限定了该细胞系所代表的遗传背景;覆盖多位供者的原代材料能够呈现更多个体差异。
诱导倍数要与基础活性一起解释
在酶诱导研究中,处理后相对对照增加多少倍,是常用结果形式。综述特别讨论了 HepaRG 中基础表达很低的 CYP2B6:起点很低时,即使相对变化明显,最终的功能活性仍可能有限。因此,基础水平与处理后的实际酶活性共同决定结果含义。用于测量的底物同样重要,文章讨论了部分酶的诱导结果随底物而变的现象。
对 CYP3A4,文章汇总的部分 HepaRG 诱导反应接近原代人肝细胞,但也存在明显批次差异;有些研究没有报告计算倍数所用的基础活性,使横向比较更加困难。HepG2 对相关诱导物的反应则较弱。
DMSO、分化与培养条件对酶功能的影响
HepaRG 的功能状态与分化及培养条件密切相关。综述着重分析二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO):它可参与维持分化表型,也会改变基因表达,并抑制某些酶的催化活性。由此,酶蛋白表达增强与底物代谢增强可能并不同步。
作者还提出,若培养条件已提高 CYP3A4 的基础表达,再加入诱导药物时,额外增加的幅度可能显得较小。这会影响对诱导能力的判断。商业补充成分不透明、各实验室条件不同,以及细胞批次差异,也使研究之间难以直接对应。预先分化的冻存材料有助于减少部分差异。
代谢功能、诱导评价与批次记录的标准化
综述提出的改进重点,是让每批细胞的功能特征、诱导评价和活性测量具有一致且透明的记录。对原代细胞和细胞系的比较,需要明确测量对象、基础活性和变化方向。
综述引用了一项与 15 名健康志愿者结果比较的研究:三维培养原代肝细胞最接近人体酶诱导表现,HepaRG 结果与其相似,但和人体数据的对应较弱。作者也回顾了欧洲验证工作与 2019 年 OECD 指南草案中对功能酶活性的重视,并讨论当时 FDA 指南允许采用 mRNA 或酶活性作为评价指标的做法。文章主张进一步统一批次表征和检测标准,明确体外结果与人体暴露之间的联系。
肠道代谢、门静脉循环及后续消除也会影响药物处置。作者建议,将肝细胞系与能够评价全身药物作用和药代关系的其他模型结合,并为细胞批次表征、酶诱导及活性测定建立一致的标准。