浅谈Caco-2 细胞在药物研究中的改良与进展

王丽秀

(白鹭医药技术(上海)有限公司 上海 201203)

Caco-2细胞来源于人体结肠癌上皮细(Humancocloncarcinomacellline:Caco-2),在渗透聚碳酸醋膜上培养分化成为融合的单层上皮细胞,因其功能表达及通透性能与小肠类似,最近今年,Caco-2已被国内科研人员广泛应用于药物在小肠吸收的实验及研究之中,通过测试药物与体内吸收间的相互作用,深入了解药物的吸收原理,同时分析药物在其小肠中代谢的情况,这些实验结果给新药的研发带来了极大的促进作用。然而Caco-2细胞其自身及培养体系存在相应局限性,如:小肠上皮细胞与Caco-2细胞中转运蛋白、核受体和代谢酶存在着一定差异,没有肠道用于吸收的主要屏障勃液层;培养Caco-2细胞的周期较长、培养体系对药物的吸收在一定程度上也对其有影响。综上所述的种种不足使Caco-2细胞未能作为一个理想的模拟人体小肠上皮细胞的模型,限制了该细胞在部分口服药物中的广泛运用。为能够让体内小肠的生理境况更好的进行模拟,使药物的代谢情况和转运在肠道内可以更加准确的被预测,工作者针对Caco-2细胞的以上不足之处展开了详细的规划与策略,对其进行全面的改良工作,其中包括对细胞内代谢酶和转运蛋白表达的改善,增加薪液层,将培养周期缩短,将药物溶解性增加等一系列方法。本文系统的对Caco-2的改良工作进行综述,以便于同领域中的其他研究工作者能在实际研究中更加科学、精确、有效的利用该细胞模型。

1 简介Caco-2细胞的单层模型

与小肠上皮细胞相比,Caco-2细胞中CYP酶和P糖蛋白的表达相对不高,而核受体可以同等地调节很多代谢基因的表达,在传统的且一般的培养环境下,Caco-2细胞能够自发地分化为肠上皮细胞单层在多聚碳酸酯膜上,而且能稳定存在于小肠上皮的细胞、各种转运系统、代谢酶等,多种主动转运系统在Caco-2细胞中都有与小肠上皮细胞类似的表达,如谷氨酰胺转肽酶、葡萄糖醛酸酶细胞色素同工酶及糖、氨基酸、二肽、维生素B12、碱性磷酸酶、蔗糖酶等。

2 化学物质的诱导及药物的吸收机制

(1)Caco-2细胞能够表达多种的转运体,同时大多数药物也经过多种转运体转运,当缺少该转运体、且特异性抑制药、研究药物转运体与Caco-2细胞相互作用时,想要获得精确可靠的结果就相当困难。在这样的情况下,可以通过一些方法来改变特定转运体的表达,如基因敲除法,亦可应用化学诱导方式进行。在诱导CYP3A4的表达上,维生素D发挥的效果十分明显。CYP2B6和CYP2C9在一定程度上也起到不错的诱导作用,在模拟药物在小肠的吸收和代谢乏研究中,该诱导模型以其显著的性能被公认为一种标准模型,其诱导效果也非常显著。

(2)针对药物吸收机制的研究。药物通过肠上皮细胞有以下四种可能的转运方式:细胞旁路转运、被动转运、载体介导转运和胞饮。相关人员对隐丹参酮的吸收机制进行系统的研究,结果表明,隐丹参酮的吸收方式主要是由载体介导的主动转运,且该主动转运的载体位于Caco-2细胞单层的顶端。研究者还系统的对丹参素在Caco-2细胞模型中的跨膜转运机制进行了相关研究,结果表明丹参素在Caco-2细胞模型中的转运可能主要是由转运蛋白P-gp(P-糖蛋白)介导的主动转运。随着计算机辅助设计、组合化学和方法在药物合成中广泛应用的今天,候选药物的化合物指数呈正趋势向上增长,最初被淘汰的化合物有50%～60%是由于较差的小肠吸收和代谢。对小肠粘膜通透性差的药物,Caco-2 细胞能很好的将其排除。Laitinen等对维拉帕米、普萘洛尔等药物采用Caco-2细胞实验,在提高筛选药物的速度上起到很到作用,结果表明,联合用药可以使生物的利用程度得到提高。

(3)在药物代谢研究中怎样对Caco-2细胞进行应用。Caco-2细胞模型在研究药物吸收机制、预测体内吸收和药物相互作用上、新药设计和评价药物安全性上都是良好的工具,与整体吸收具有很好的相关性。在Caco-2细胞上,存在许多小肠刷状膜上皮相关的酶系,这些相关酶系可以用来研究药物分子经小肠上皮的首过代谢。在化合物的吸收上有一种物质非常复杂,那就是黄酮类。黄酮类的吸收程度不仅取决于分子的脂溶性,还取决于其是否糖基化。结果表明Caco-2细胞也可用来研究药物对代谢酶的影响。但毋庸置疑,Caco-2细胞单层模型同样存在一些缺点:一是Caco-2因其由单一细胞构成,缺少细胞异质性;二是细胞缺乏杯状细胞用来分泌粘液,缺乏小肠上皮中的粘液层;三是与正常小肠相比,EER值效高,无形中限制了水溶性小分子药物穿细胞间转运的应用研究;四是Caco-2细胞的吸收转运体表达较小肠上皮的低,在主动转运药物的研究方面,其不如被动扩散药物研究的成功;第五是由于不同实验室的培养条件存在一定差异,结果有时缺乏可比性。但随着TC27细胞模型、加速的Caco-2细胞穿透模型的出现,原有Caco-2细胞单层模型的种种缺点和不足将逐个被克服,相关研究人员目前已运用基因重组与化学物质诱导等多方手段对其展开了系统的、完善的改良工作,且在改善Caco-2 培养条件、在Caco-2细胞模型发展的自动化和微型化上,使Caco-2细胞模型在药物开发研究中将发挥前所未有的作用,且研发进展呈稳定的直线上升。

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