从药物代谢产物观察肝功能
药物进入肝脏后会形成多种代谢产物,其中一些活性代谢物与肝损伤有关。韩国庆北国立大学(Kyungpook National University)等团队在 Pharmaceutics 报道,使用人肝类器官检测对乙酰氨基酚和沙格列汀的代谢,并与冷冻原代肝细胞及肝微粒体比较。
类器官来源包括 HDF01 诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)和 H9 人胚胎干细胞。团队通过肝细胞分化获得组织,在药物检测阶段移除生长因子和 Matrigel,使用低附着培养条件观察药物代谢。
原代肝细胞来自 3 个供者,肝微粒体使用混合来源。类器官和原代细胞具有完整的细胞代谢过程;微粒体实验则提供特定酶反应条件。团队分别记录各体系的处理时间和辅助因子,分析检测到的代谢产物类型。
对乙酰氨基酚的代谢活化与结合反应
在类器官中,50 μM 对乙酰氨基酚处理 24 小时后,可检测到活性代谢物 NAPQI,以及其谷胱甘肽结合产物。团队还检测到葡萄糖醛酸和硫酸结合产物,呈现氧化与结合代谢共同参与的反应。
NAPQI 及相关产物通过质谱碎片和标准品资料识别。谷胱甘肽结合产物为捕获活性中间体提供了另一种检测信息;一些反应较快的中间体可能难以直接积累,因此研究同时保留游离代谢物与捕获产物。
这一处理条件下,类器官整体细胞活性没有显著改变。研究同时追踪代谢路径、产物形成和细胞活性。这样的设计有助于分析模型是否具备相应的药物代谢能力。
诱导 CYP1A2 后,对乙酰氨基酚及其结合产物增加
团队使用奥美拉唑诱导 CYP1A2,再加入探针底物非那西丁。非那西丁可以转化为对乙酰氨基酚,随后继续形成相关代谢产物。原代肝细胞与类器官分别开展这一实验,比较诱导前后的表达和代谢变化。
类器官中,对乙酰氨基酚的形成最多增加约 19.7 倍,谷胱甘肽结合产物增加约 13.2 倍。该实验没有稳定检测到游离 NAPQI,作者结合捕获产物分析其后续反应,提出快速结合可能影响游离中间体的积累。
基因表达的诱导幅度与浓度反应也作了比较。类器官和原代细胞的 CYP1A2 最大诱导倍数分别约为 26.3 和 40.4,半最大诱导浓度约为 16.0 和 10.8 μM。这些数据来自表达诱导曲线,与直接的代谢产物测量分开呈现。
基础状态下,类器官与原代肝细胞的 CYP2E1、UGT1A6 和 SULT1A1 活性不同:前两者在类器官中更高,SULT1A1 在原代细胞中更高。团队结合这些酶活差异解释对乙酰氨基酚结合产物的分布。
团队比较 3 个不同传代或细胞来源的类器官批次,并另用 3 个供者的原代肝细胞开展对应实验,分别观察类器官培养差异和原代细胞供者差异对代谢反应的影响。
类器官与原代肝细胞检出 6 种沙格列汀代谢产物
沙格列汀用于第二组药物比较。50 μM 处理 24 小时后,类器官与原代肝细胞的平均活性分别约为 76% 和 83.5%。团队在这一实验中共识别出 6 种代谢产物,包括羟基化、环状酰胺、半胱氨酸结合、硫酸结合和葡萄糖醛酸结合产物。
类器官与原代肝细胞均检出多类结合产物,但各类产物的相对量存在差别。类器官中的环状酰胺、5-羟基沙格列汀半胱氨酸结合产物和葡萄糖醛酸结合产物更多,原代细胞中的硫酸结合产物更多。两种细胞体系形成的羟基化产物相近;肝微粒体的产物范围则受实验所加辅助因子的限制。
此前在大鼠资料中报告的沙格列汀谷胱甘肽结合产物,在本研究的人源类器官和原代细胞中没有检出。团队据此讨论不同物种和模型的代谢差异,并保留了人源体系中实际检测到的半胱氨酸等结合路径。

模型比较需要对应具体代谢用途
这项研究展示了类器官在活性代谢物、捕获产物和酶诱导研究中的用途。原代细胞、类器官和微粒体采用不同处理时间及反应条件,所得资料主要用于比较代谢路径和检测能力,后续定量分析还需进一步统一相应实验条件。