淺談Caco-2 細(xì)胞在藥物研究中的改良與進(jìn)展

王麗秀

(白鷺醫(yī)藥技術(shù)(上海)有限公司 上海 201203)

Caco-2細(xì)胞來(lái)源于人體結(jié)腸癌上皮細(xì)(Humancocloncarcinomacellline:Caco-2),在滲透聚碳酸醋膜上培養(yǎng)分化成為融合的單層上皮細(xì)胞,因其功能表達(dá)及通透性能與小腸類(lèi)似,最近今年,Caco-2已被國(guó)內(nèi)科研人員廣泛應(yīng)用于藥物在小腸吸收的實(shí)驗(yàn)及研究之中,通過(guò)測(cè)試藥物與體內(nèi)吸收間的相互作用,深入了解藥物的吸收原理,同時(shí)分析藥物在其小腸中代謝的情況,這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果給新藥的研發(fā)帶來(lái)了極大的促進(jìn)作用。然而Caco-2細(xì)胞其自身及培養(yǎng)體系存在相應(yīng)局限性,如:小腸上皮細(xì)胞與Caco-2細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、核受體和代謝酶存在著一定差異,沒(méi)有腸道用于吸收的主要屏障勃液層;培養(yǎng)Caco-2細(xì)胞的周期較長(zhǎng)、培養(yǎng)體系對(duì)藥物的吸收在一定程度上也對(duì)其有影響。綜上所述的種種不足使Caco-2細(xì)胞未能作為一個(gè)理想的模擬人體小腸上皮細(xì)胞的模型,限制了該細(xì)胞在部分口服藥物中的廣泛運(yùn)用。為能夠讓體內(nèi)小腸的生理境況更好的進(jìn)行模擬,使藥物的代謝情況和轉(zhuǎn)運(yùn)在腸道內(nèi)可以更加準(zhǔn)確的被預(yù)測(cè),工作者針對(duì)Caco-2細(xì)胞的以上不足之處展開(kāi)了詳細(xì)的規(guī)劃與策略,對(duì)其進(jìn)行全面的改良工作,其中包括對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的改善,增加薪液層,將培養(yǎng)周期縮短,將藥物溶解性增加等一系列方法。本文系統(tǒng)的對(duì)Caco-2的改良工作進(jìn)行綜述,以便于同領(lǐng)域中的其他研究工作者能在實(shí)際研究中更加科學(xué)、精確、有效的利用該細(xì)胞模型。

1 簡(jiǎn)介Caco-2細(xì)胞的單層模型

與小腸上皮細(xì)胞相比,Caco-2細(xì)胞中CYP酶和P糖蛋白的表達(dá)相對(duì)不高,而核受體可以同等地調(diào)節(jié)很多代謝基因的表達(dá),在傳統(tǒng)的且一般的培養(yǎng)環(huán)境下,Caco-2細(xì)胞能夠自發(fā)地分化為腸上皮細(xì)胞單層在多聚碳酸酯膜上,而且能穩(wěn)定存在于小腸上皮的細(xì)胞、各種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、代謝酶等,多種主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)在Caco-2細(xì)胞中都有與小腸上皮細(xì)胞類(lèi)似的表達(dá),如谷氨酰胺轉(zhuǎn)肽酶、葡萄糖醛酸酶細(xì)胞色素同工酶及糖、氨基酸、二肽、維生素B12、堿性磷酸酶、蔗糖酶等。

2 化學(xué)物質(zhì)的誘導(dǎo)及藥物的吸收機(jī)制

(1)Caco-2細(xì)胞能夠表達(dá)多種的轉(zhuǎn)運(yùn)體,同時(shí)大多數(shù)藥物也經(jīng)過(guò)多種轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn),當(dāng)缺少該轉(zhuǎn)運(yùn)體、且特異性抑制藥、研究藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體與Caco-2細(xì)胞相互作用時(shí),想要獲得精確可靠的結(jié)果就相當(dāng)困難。在這樣的情況下,可以通過(guò)一些方法來(lái)改變特定轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá),如基因敲除法,亦可應(yīng)用化學(xué)誘導(dǎo)方式進(jìn)行。在誘導(dǎo)CYP3A4的表達(dá)上,維生素D發(fā)揮的效果十分明顯。CYP2B6和CYP2C9在一定程度上也起到不錯(cuò)的誘導(dǎo)作用,在模擬藥物在小腸的吸收和代謝乏研究中,該誘導(dǎo)模型以其顯著的性能被公認(rèn)為一種標(biāo)準(zhǔn)模型,其誘導(dǎo)效果也非常顯著。

(2)針對(duì)藥物吸收機(jī)制的研究。藥物通過(guò)腸上皮細(xì)胞有以下四種可能的轉(zhuǎn)運(yùn)方式:細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)、被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、載體介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲。相關(guān)人員對(duì)隱丹參酮的吸收機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究,結(jié)果表明,隱丹參酮的吸收方式主要是由載體介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),且該主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的載體位于Caco-2細(xì)胞單層的頂端。研究者還系統(tǒng)的對(duì)丹參素在Caco-2細(xì)胞模型中的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)行了相關(guān)研究,結(jié)果表明丹參素在Caco-2細(xì)胞模型中的轉(zhuǎn)運(yùn)可能主要是由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白P-gp(P-糖蛋白)介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、組合化學(xué)和方法在藥物合成中廣泛應(yīng)用的今天,候選藥物的化合物指數(shù)呈正趨勢(shì)向上增長(zhǎng),最初被淘汰的化合物有50%～60%是由于較差的小腸吸收和代謝。對(duì)小腸粘膜通透性差的藥物,Caco-2 細(xì)胞能很好的將其排除。Laitinen等對(duì)維拉帕米、普萘洛爾等藥物采用Caco-2細(xì)胞實(shí)驗(yàn),在提高篩選藥物的速度上起到很到作用,結(jié)果表明,聯(lián)合用藥可以使生物的利用程度得到提高。

(3)在藥物代謝研究中怎樣對(duì)Caco-2細(xì)胞進(jìn)行應(yīng)用。Caco-2細(xì)胞模型在研究藥物吸收機(jī)制、預(yù)測(cè)體內(nèi)吸收和藥物相互作用上、新藥設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)藥物安全性上都是良好的工具,與整體吸收具有很好的相關(guān)性。在Caco-2細(xì)胞上,存在許多小腸刷狀膜上皮相關(guān)的酶系,這些相關(guān)酶系可以用來(lái)研究藥物分子經(jīng)小腸上皮的首過(guò)代謝。在化合物的吸收上有一種物質(zhì)非常復(fù)雜,那就是黃酮類(lèi)。黃酮類(lèi)的吸收程度不僅取決于分子的脂溶性,還取決于其是否糖基化。結(jié)果表明Caco-2細(xì)胞也可用來(lái)研究藥物對(duì)代謝酶的影響。但毋庸置疑,Caco-2細(xì)胞單層模型同樣存在一些缺點(diǎn):一是Caco-2因其由單一細(xì)胞構(gòu)成,缺少細(xì)胞異質(zhì)性;二是細(xì)胞缺乏杯狀細(xì)胞用來(lái)分泌粘液,缺乏小腸上皮中的粘液層;三是與正常小腸相比,EER值效高,無(wú)形中限制了水溶性小分子藥物穿細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)的應(yīng)用研究;四是Caco-2細(xì)胞的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)較小腸上皮的低,在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的研究方面,其不如被動(dòng)擴(kuò)散藥物研究的成功;第五是由于不同實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)條件存在一定差異,結(jié)果有時(shí)缺乏可比性。但隨著TC27細(xì)胞模型、加速的Caco-2細(xì)胞穿透模型的出現(xiàn),原有Caco-2細(xì)胞單層模型的種種缺點(diǎn)和不足將逐個(gè)被克服,相關(guān)研究人員目前已運(yùn)用基因重組與化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)等多方手段對(duì)其展開(kāi)了系統(tǒng)的、完善的改良工作,且在改善Caco-2 培養(yǎng)條件、在Caco-2細(xì)胞模型發(fā)展的自動(dòng)化和微型化上,使Caco-2細(xì)胞模型在藥物開(kāi)發(fā)研究中將發(fā)揮前所未有的作用,且研發(fā)進(jìn)展呈穩(wěn)定的直線上升。

[1]汪電雷,陳衛(wèi)東,吳虹.以新藥研發(fā)過(guò)程為導(dǎo)向促進(jìn)藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)藥物代謝動(dòng)力學(xué)教學(xué)[J].中國(guó)醫(yī)藥導(dǎo)報(bào),2012,(19):141-142+148.

[2]張麗娜,張永軍,陳衛(wèi)軍,李雪琴,李高.阿苯達(dá)唑自微乳體外抗泡球蚴藥效學(xué)研究[J].中國(guó)醫(yī)院藥學(xué)雜志,2012,(16):1255-1259.