
同一肝芯片同步检测 mRNA、蛋白与酶活性
药物诱导研究常用基因表达判断酶或转运蛋白的变化,但蛋白量和功能也会受到调控。北卡罗来纳大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)等机构在 Clinical Pharmacology & Therapeutics 报道长期肝芯片研究,使用利福平比较同一组织的 mRNA、蛋白量和酶活性。
模型使用 3 名供者的冷冻原代人肝细胞,在胶原、纤连蛋白和覆盖基质的条件下维持培养。芯片循环流动为细胞提供持续培养环境,团队在培养第 3 天开始利福平处理,并继续每日给药 7 天。
实验浓度为 10 μM。处理结束后,团队从相应芯片中分别测量 mRNA、蛋白和代谢酶活性,并在培养期间采集胆汁酸资料。细胞内利福平浓度则用于补充实际暴露信息。
未处理组的白蛋白分泌在 10 天培养中保持较为稳定;利福平处理后,供者 1 和供者 3 在第 10 天分别下降约 47% 和 30%。因此,团队同时保留细胞功能资料,分析诱导指标变化时的组织状态。
转运蛋白的变化因供者而异
利福平处理后,OATP2B1 蛋白量为对照的约 1.9–2.7 倍,P-gp 为约 1.5–2.6 倍;OAT2 则降至对照的约 0.4–0.8 倍。不同转运蛋白的变化方向和幅度各不相同,供者间也存在差别。
多数转运蛋白的 mRNA 与蛋白变化不一致。例如,在供者 1 中,OATP1B1 的 mRNA 稳定或下降,蛋白量却增加;在供者 3 中,OATP1B3 等转运蛋白的 mRNA 稳定或升高,蛋白量则下降。研究逐个供者分析这些差别。
研究测量了转运蛋白的 mRNA 和蛋白量,未直接检测转运活性。作者将这些结果与培养液胆汁酸变化一同讨论,分析利福平诱导后可能涉及的转运和代谢过程。
OATP1B1 蛋白量约为对照的 1.4–1.6 倍,另有 1 名供者的 OCT1 蛋白量超过对照的 2 倍。第 3 名供者虽有较强的转运蛋白 mRNA 诱导,蛋白诱导却相对较低,原文将其作为继续研究转录后调节的线索。
CYP 表达与活性的变化存在差别
酶蛋白的诱导范围较大。例如,CYP2C19 蛋白量为对照的约 5.0–32.9 倍,CYP3A4 为约 2.9–8.7 倍,UGT1A4 为约 3.6–5.3 倍。团队随后用探针底物测量部分 CYP 酶活性,以分析这些表达变化的功能对应情况。
CYP 活性分析覆盖其中 2 名供者。CYP2C19 活性分别为对照的约 3.9 和 8.4 倍;1 名供者的 CYP2C9 活性为对照的约 4.2 倍,而相应 mRNA 水平低于对照的 2 倍,未达到常用诱导界限。
在 2 名接受酶活性检测的供者中,CYP1A2 蛋白量保持稳定或下降,酶活性却增加。研究分别报告了 mRNA、蛋白量和酶活性的变化。
供者的初始状态也影响结果。第 1 名供者的 CYP2D6 蛋白未检出,原文将其与相应遗传多态性联系起来;该供者未纳入这次 CYP 活性比较。部分转运蛋白在不同供者中的可测范围也不同。
CYP3A4 活性为对照的约 2.0–3.5 倍,低于某些蛋白和 mRNA 的诱导倍数。原文还讨论初始蛋白水平对相对诱导倍数的影响,例如较低的 CYP2C19 基础水平可能使给药后的相对倍数更大。
胆汁酸随培养时间积累,细胞内药物浓度另行测量
培养液中的胆汁酸在多个时间点采集。利福平处理后,牛磺酸结合胆汁酸等成分随时间改变,部分差异在第 8–10 天更明显;不同供者的甘氨酸结合产物变化各有特点。
循环培养本身也会影响胆汁酸积累。研究将这一培养特征与诱导后的变化共同讨论,以分析药物处理、细胞功能和培养环境怎样影响最后测得的胆汁酸谱。
细胞内利福平总浓度实测约为 203–249 μM。作者进一步用未结合比例计算未结合细胞内浓度,得到约 1.94–2.39 μM。培养液的名义浓度、细胞内总浓度和未结合浓度的计算值,分别反映不同的暴露指标。
扩展诱导剂、浓度与转运功能验证
这项实验将同一组织的表达、蛋白、酶活性和暴露资料相互对应,便于分析诱导过程中哪些变化一致,哪些变化受供者或培养条件影响。部分供者的白蛋白分泌在利福平处理后下降,研究也把这些功能变化纳入讨论。
本研究使用一种诱导剂和一个给药浓度,尚未建立完整浓度诱导曲线。作者提出测试更多诱导剂和多个浓度,加入直接的转运功能检测,再结合体外到体内外推或药代动力学模型,评价长期肝芯片预测药物相互作用的能力。