肠吸收与肠壁、肝脏首过代谢
2025 年 7 月 23 日，Drug Metabolism and Disposition 发表原代人肠—肝微生理系统研究。CN Bio 与 Altis Biosystems 团队把空肠来源细胞构成的屏障和原代人肝细胞微组织连接，用于研究口服药物在两种组织中的去向。
口服药物需要通过肠壁，途中可能被肠道代谢，再在肝脏经历进一步清除。研究因此分别估计吸收比例 Fa、未被肠壁清除的比例 Fg 和未被肝脏清除的比例 Fh，总体口服生物利用度由 Fa、Fg 和 Fh 的乘积估计。
体系可从肠腔侧加入药物，模拟口服后的进入路径，也可直接从循环侧加入，以比较不经过肠屏障的暴露。研究保留肠道单独、肝脏单独及连接体系，使各组织贡献能在同一实验设计中分析。
这项工作以咪达唑仑为主要药物实例，并同时测量其主要代谢物。该药在肠道和肝脏均有 CYP3A 相关代谢，因此适合研究两个组织之间的分工。
原代空肠、Caco-2 与肝微组织的功能表征
来自 3 名供者的原代空肠模型形成上皮单层及黏液相关结构，分化后肠上皮相关基因高于增殖培养阶段。研究将其与常用于吸收实验的 Caco-2 细胞比较，观察药物代谢及屏障特征的实际差别。
转录组比较显示，原代肠模型的多种药物代谢酶基因表达高于 Caco-2，包括 CYP3A4 和 CES2。Caco-2 的 CES1 表达则较高，与正常小肠的主要酯酶表达模式不同。
肝脏微组织通过白蛋白、尿素及损伤相关 LDH 等测量检查状态。灌流既帮助维持人肝细胞，也连接肠屏障基底侧与肝区，使肠道进入的原药和代谢物可继续接触肝脏组织。
研究还以 7-羟基香豆素检验清除功能。与肠道单独培养相比，连接肝微组织后，该化合物的浓度—时间曲线下面积下降。
连接体系采用共同培养液，在 72 小时观察窗口内维持肠屏障电阻，以及肝组织白蛋白分泌和 CYP 活性。原代肠屏障的可用培养时间有限，这一窗口构成了当前药代研究的时间范围。
咪达唑仑及其代谢物的浓度—时间变化
肠道单独实验中，咪达唑仑从腔侧通过屏障进入基底侧，原代肠模型同时生成 1′-羟基咪达唑仑。Caco-2 模型的相应代谢作用很弱，因此两种体系中的原药和代谢物轨迹不同。
肠—肝连接实验中，肝区咪达唑仑约在 24 小时达到峰值，随后下降；1′-羟基咪达唑仑约在 48 小时达到峰值，至 72 小时减少。研究将这些信息与肠道单独及肝脏单独条件共同比较，以区分跨屏障进入与组织清除。
不含细胞的培养液对照用于检查非特异性损失，咪达唑仑在该实验条件下保持稳定。
不同加入路径按总药物量进行对应，并保持实际体积及取样关系。这些浓度条件用于拟合组织通透及清除参数。
Caco-2—肝连接体系的肠腔侧也检出 1′-羟基咪达唑仑。由于 Caco-2 单独培养几乎不形成该代谢物，作者将这部分信号归于肝脏生成后返回肠腔侧的转运。
机制模型估计肠通透性与组织清除
团队先比较 4 种描述运输、组织分配和代谢的数学模型，再根据拟合表现选择两室模型，并加入非线性肝清除过程。随后通过贝叶斯分析估计参数分布及不确定性。
原代肠模型的清除参数约为每小时 2.34 微升，Caco-2 约为 0.0340 微升，肝微组织约为 166 微升。数值对应研究体系中的参数，展示原代肠道有可测代谢，但肝脏清除仍占较大贡献。
Caco-2 的表观通透性高于原代肠模型。原药与代谢物的时间曲线共同用于拟合，分别估计跨屏障通透和组织代谢清除。
研究将这些体外参数与既有尺度转换方法结合，再估计人体 Fa、Fg 和 Fh。数学部分结合各条件的测量数据，分别估计肠道和肝脏的贡献。
贝叶斯分析也暴露了参数识别的限制：肝代谢最大速率 Vmax 和米氏常数 Km 各自的分布较宽，且高度相关；两者之比所代表的肝清除参数则有较窄的可信区间。
口服生物利用度预测与人体研究的比较
咪达唑仑总体生物利用度在原代肠—肝体系中估计为 0.47，在 Caco-2—肝体系中为 0.65，论文汇总的 36 项人体研究加权均值约为 0.31。原代体系更接近该参考值，但没有完全重现它。
分项估计显示，两种体系的 Fa 分别为 0.93 和 0.98，Fh 分别为 0.64 和 0.66，差别较小；Fg 则分别为 0.79 和 1，反映了原代肠道与 Caco-2 在肠壁代谢功能上的差异。
原代体系仍高估了逃逸肠壁代谢的比例。作者将可能原因指向当前条件下 CYP3A4 代谢趋于饱和，以及肠、肝体外尺度与人体比例的差别。咪达唑仑属于高溶解度、高通透性药物，后续还需覆盖不同代谢酶、转运体、溶解度和通透性类别，并检验供者差异。