横版独立示意图画出 MOCK 与 MDR1 的 Transwell 单层、双向运输和 P-gp 返回方向,下方按 17 种和 4 种药物计数呈现 21 种留出药物的初始测试与后续干预。
成对 LLC-PK1 单层分别测量双向运输;21 种留出药物的初始结果与 4 种药物的后续干预分开呈现。(NAMs China)

猪肾上皮细胞建立成对运输屏障

北京团队在 Drug Delivery 报告一种用于早期脑药物分布筛选的血脑屏障(BBB)替代模型。LLC-PK1 是猪肾上皮细胞系,团队比较空载体对照 MOCK 与稳定表达人体多药耐药基因 MDR1 的细胞;后者产生 P-糖蛋白(P-gp)外排功能。

两类细胞分别在 Transwell 多孔膜插入式培养小室形成单层。MOCK 每小室接种 20,000 个细胞,在第 4 天测运输;MDR1 组接种 10,000 个细胞,在第 7 天测运输。实际运输阶段的跨上皮电阻分别为 132 ± 15、89 ± 11 Ω·cm²,团队同时用荧光素黄检测细胞间泄漏。

2 μM 地高辛在 MDR1 屏障中的外排比为 11.52 ± 1.34,MOCK 为 0.89 ± 0.04。加入 5 μM P-gp 抑制剂 tariquidar 后,MDR1 外排比降至 0.99;MOCK 的通透性和外排比均未出现显著变化。这组配对实验支持 MDR1 细胞具有定向外排功能。

41 种药物的体外运输与大鼠脑分布

研究在 2 μM、2 小时条件下检测 41 种药物,从膜的两侧分别给药,测量表观通透系数、外排比和药物回收率。外排比为基底侧至顶端侧与反方向通透系数之比;液相色谱—串联质谱用于测定各侧药物量。

体内参照中,32 种药物的脑分布数据沿用文献或既有研究数据,另外 9 种由本研究在雄性大鼠中测量:每种药物静脉给予 1 mg/kg,在 5 个时间点分别取 3 只大鼠的血浆和脑组织。团队用脑与血浆的浓度—时间曲线下面积比,再结合两类组织的游离比例,计算脑内游离药物分布系数 Kp,uu,brain。

作者从药物面板选取 20 种用于相关拟合,比较体外通透系数与大鼠 Kp,uu,brain。MDR1 模型的相关系数 R 为 0.8886,MOCK 为 0.5984;MOCK 对部分 P-gp 底物的体外通透性估计较高。对蛋白结合超过 99% 的药物,作者将游离比例设为 0.01,因此极高结合药物的参照还受这一取值影响。

17 种初始预测在 2 倍误差内,4 种干预后改善

剩余 21 种药物用于留出测试,最初有 17 种预测值落在大鼠参照的 2 倍误差范围内,另 4 种偏离较大。阿米替林、粉防己碱、舒尼替尼和帕罗西汀的液相回收率低于 80%;提取细胞内药物后,回收率提高,提示细胞蓄积参与了药物损失。

团队加入 1 μM 巴佛洛霉素 A1(Bafilomycin A1),抑制溶酶体酸化。4 种药物的回收率升至 80%–120%,顶端至基底侧通透系数提高;用干预后的通透数据重算,预测值进入原设定的误差范围。作者据此认为,细胞模型中过强的溶酶体蓄积影响了这 4 种药物的预测。

这项干预还改变了外排:另一组地高辛对照实验中,MDR1 外排比由 9.73 降至 6.0。阿替洛尔通透性未显著改变,支持该条件下单层仍保持屏障,但 P-gp 活性也受影响。因而,干预后的改善需要连同回收率和外排变化解释。

适用范围集中于小分子及 P-gp 相关运输

研究用相对简单的细胞屏障结合药物回收与大鼠分布参照,比较被动通透、定向外排和细胞蓄积对结果的影响。留出测试来自同一 41 种药物面板,4 个偏离样本的改进又使用了后续干预数据。

模型的细胞来源和组织结构仍与人脑微血管不同,缺少周细胞、星形胶质细胞等相互作用,对乳腺癌耐药蛋白(BCRP)等其他转运体的适用性有限。作者建议让细胞共表达更多转运体,并引入干细胞来源的 BBB 类器官等方法。当前证据主要支持小分子和 P-gp 相关运输评价。

来源与延伸阅读

  1. A surrogate barrier model for high-throughput blood-brain barrier permeability prediction: integrating LLC-PK1-MOCK/MDR1 Cells and lysosomal trapping correction. Drug Delivery (2025). ↗