本文摘要：

懸浮人肝細胞（SHH）是常用的體外肝代謝研究工具，但存在孵育時間短（≤6 小時）的局限，難以生成慢代謝化合物的代謝物。為此，HepatoPac、肝細胞球體（Spheroids）和三培養系統（TCS）等長期原代人肝細胞培養模型應運而生。本研究旨在對比這三種長期培養模型與 SHH 在生成體內觀察到的I相和II相代謝物方面的性能，選取了在SHH中代謝缺失或代謝水平低、但在人體內具有多種循環代謝物的BI 425809、BI-A和TAK-041作為研究對象。

引言：肝臟代謝的原理是什么？

有人會好奇：藥物進入體內后，是如何被肝臟“處理"的？作為人體代謝的“核心工廠"，肝臟的代謝過程決定了藥物的療效、安全性和有效期。而在藥物研發的早期階段，科學家們需要一種準確的“體外肝臟模型"，來預測藥物在人體內的代謝行為——這正是肝細胞體外模型研究的核心價值所在。慢代謝藥物肝代謝研究是藥物研發的關鍵難點，因其代謝慢、體內滯留久，易產生影響療效與安全性的次級代謝產物，而現有體外模型存在無法模擬體內長期代謝環境、代謝酶功能不穩定的問題，導致研究數據偏差、準確性受限。

一、人原代肝細胞代謝研究方法

（一）四種模型在關鍵培養參數設置，具體如下：

表1：三種長期原代人肝細胞培養模型

（二）檢測指標通過質譜法（MS）檢測各模型中藥物相關物質總量（TDRM），分析原藥消耗比例及代謝物的種類、含量，并與人體血漿中的代謝情況進行對比。

二、人原代肝細胞實驗結果

（一）代謝物生成能力1. BI 425809：在三種模型中均識別出 11 種體內循環代謝物中的 8 種。Spheroids 和TCS可檢測到M526酰胺鍵水解生成的M232和M312，而SHH和HepatoPac無法檢測；HepatoPac生成 M530 (1)（24%）、M544 (1)（19%）等代謝物，TCS中M232和M312占比達 9.3%。

圖1：BI 425809預測代謝途徑

-- ：未檢出；Gluc：葡萄糖醛酸；TDRM：藥物相關物質總量；MS：質譜

表2：人血漿和肝細胞中鑒定出的 BI 425809 及其代謝產物

2. BI-A：人體血漿中存在 2 種氧化代謝物和 1 種氧化-葡萄糖醛酸結合代謝物。SHH未檢測到兩步氧化-葡萄糖醛酸結合代謝物，但三種長期模型均能檢測到，其中TCS中該代謝物（M545 (1)）占比達10%。

圖2：BI-A的預測代謝途徑

表3：人血漿和肝細胞中鑒定出的BI-A及其代謝產物

3. TAK-041：在人體內發生多步連續代謝，SHH中無代謝物生成，而三種長期模型均能產生半胱氨酸S-結合物、谷胱甘肽加合物衍生硫醇代謝物等體內連續代謝物，如TCS中M1（+半胱氨酸）占比 17%、M2（+葡萄糖醛酸+氧化）占比12%。

圖3：TAK-041的預測代謝途徑1

--：未檢出；Gluc：葡萄糖醛酸；TDRM：藥物相關物質總量；MS：質譜；痕量水平 < 0.3%  TDRM

表4：人血漿和肝細胞中鑒定出的TAK-041及其代謝產物

（二）原藥消耗培養7天后，三種長期原代人肝細胞模型對 BI 425809、BI-A、TAK-041 三種原藥消耗表現出明顯的模型特異性和藥物依賴性：

• 對BI 425809的代謝：TCS代謝能力高于 Spheroids和 HepatoPac；

• 對BI-A的代謝：TCS 和 Spheroids 代謝相當，HepatoPac代謝弱；

• 對TAK-041的代謝：Spheroids 優于TCS，HepatoPac幾乎無代謝。

整體來看，TCS 和 Spheroids 對三種藥物的代謝活性更穩定且普遍較高，HepatoPac的代謝能力則因藥物種類不同存在差異，在藥物體外代謝穩定性研究中需根據目標藥物特性選擇適配的長期肝細胞培養模型。

圖4：孵育7天后，HepatoPac、Spheroids和 TCS 中原藥消耗百分比

三、人原代肝細胞代謝研究結論

1、三種長期肝細胞模型比較：

• 均比 SHH 生成更多代謝產物。

• 可預測體內緩慢代謝的化合物的代謝情況。

• 適用于預測體內代謝產物的生成。

2、單一供體肝細胞系統（Spheroids和 TCS）能夠生成與HepatoPac中一致的體內相關代謝產物。

3、需綜合考量實用性、潛在局限性與成本來選擇合適的代謝模型（見表 5）。各模型存在獨特局限：

• SHH：培養時間短、外排轉運體內化；

• HepatoPac：醛氧化酶活性降低、含小鼠成纖維細胞背景、肝細胞數量少；

• Spheroids：接種后CYP450活性下降、non-CYP450 活性了解有限；

• TCS：non-CYP450活性了解有限、細胞類型和培養基成分不明確。

4、對于常規藥物代謝研究，SHH 可能已足夠；而長期肝細胞培養模型或許更適用于慢代謝藥物及更多類型的研究。

表5：體外模型在熟悉度、成本、實用性及注意事項方面的考察對比

開展藥物代謝研究，需選擇細胞活力與代謝酶功能穩定的原代肝細胞，其決定模型模擬效果。LifeNet Health原代肝細胞來源合規，功能穩定，能在長期培養中維持肝功能，適配 HepatoPac、TCS等多種代謝模型。

圖：LifeNet Health人原代肝細胞相關產品

參考資料

Kamel, A., Bowl in, S., Hosea, N., Ar kilo, D., & Laurenza, A. (2021). In Vitro Metabolism of Slowly Cleared G Protein–Coupled Receptor 139 Agonist TAK - 041 Using Rat, Dog, Monkey, and Human Hepatocyte Models (HepatoPac): Correlation with In Vivo Metabolism. Drug Metabolism and Disposition, 49(2), 121 - 132. 

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