关于体外肝代谢系统的研究与应用探讨

毕业论文摘要： 肝药酶在药物代谢中具有十分重要的作用。对肝药酶的研究方法中，以动物肝脏或肝细胞为基础，构建体外肝代谢系统是体外代谢研究中最重要的环节之一。对体外肝代谢的研究，主要是利用肝微粒体、基因重组CYP450酶系、肝细胞培养、肝组织切片及离体肝灌流系统等方法。本文综述近年国内外所应用的不同体外肝代谢系统，并对各体外代谢研究方法进行比较，指出根据各系统的特性、不同的实验要求和目的，选择适当的研究方法的重要性。

关键词： 细胞色素P450酶；肝微粒体；肝细胞培养；肝组织切片；离体肝灌流

1肝微粒体

1.1肝微粒体的制备

多数采用差速离心法［2］，通过高速离心使微粒体与其他成分分离，操作简单，无需其他试剂辅助。但较耗时，设备要求高，使该法的普及和深入研究受到一定的限制。针对这些情况，可采用试剂辅助分离的方法［3］，在离心前额外加入一定比例的PEG6000或CaCl2，促进微粒体沉降。此法对设备要求降低，并缩短了实验周期。肝微粒体的制备过程均应在4 ℃下进行。正确、合理地选择缓冲液，能起到良好介质的作用，按比例加入后进行肝组织的破碎和匀浆，才可有效分离肝微粒体和避免细胞器受损。 1.2.1测定CYP450酶活性

1.2.2考察药物对肝药酶活性的影响

1.2.3进行药物体外代谢途径研究

将药物加入肝微粒体中进行孵育后，利用质谱检测离子碎片来鉴定代谢物的结构，包括药物不同位点上的羟化物或去烷基产物，从而确定代谢途径。有报道指出［8］，新型抗焦虑药AF5加入人肝微粒体中进行孵育，经GCMS分析，鉴定出两种主要代谢产物：4羟基AF5（Ⅰ）及4羰基AF5（Ⅱ）。AF5在肝微粒体中代谢的主要产物为Ⅰ，Ⅰ在人肝微粒体中，可进一步转化为Ⅱ，后者不再被代谢。

周权等［9］把手性药物与大鼠肝微粒体相结合，对其立体选择性代谢作了详细的考察。作者把R/S普罗帕酮（propafenone，PPF）加入经地塞米松或β萘黄酮诱导的大鼠肝微粒体中孵育，经提取及手性拆分后，进入HPLC系统分析。结果显示，与对照组相比，在经诱导的肝微粒体中，PPF的Ⅰ相代谢呈显著的立体选择性。

总之，改进后的体外肝微粒体法耗时少，重现性好，易大量操作。适用于酶活性及体外代谢清除等方面的研究，在实际工作中应用较广。但同其他体外肝代谢方法相比，需要的原材料较多，且与体内情况的一致性方面存在不足，因而其结果是否有利预测体内情况仍需进一步研究。

2基因重组人肝微粒体CYP450酶系

基因重组CYP450酶系与前述的肝微粒体在研究药物代谢方面具有一定的相关性。但前者在药酶诱导特异性和选择性研究上优于其他的体外方法，并可在分子水平上，为药物与酶在结合位点的相互作用研究提供更多的信息。尽管该方法先进性较为突出，但由于受到设备条件和技术的限制，通过基因工程获得的酶量与种类仍较有限，纯化程度有待进一步提高，故其作为研究代谢的体外系统的地位仍有待进一步提高。

3肝细胞培养

3.1体外培养技术与细胞活性的维持

体外培养包括肝细胞株的培养和原代肝细胞的分离与培养。根据细胞来源于不同，经重复筛选可制备出不同型号的肝细胞株，满足各种实验需要。肝细胞株容易贴壁存活，在相对稳定的培养条件下，传20～30代不会出现明显衰老现象。原代细胞需经过从器官中分离的过程，存在分离难度大、体外培养要求条件高、存活时间短、增殖及传代困难等问题。多数研究者采用改良的Seglen两步胶原酶灌注法。但此法操作繁琐，设备及实验技术要求高，影响因素较多［14］，包括灌注液的种类和速度、肝脏灌洗是否充分、分离消化的酶、培养液的组成和肝细胞悬液的离心清洗等。鉴于上述原因，刘友平［15］等采用肝组织块贴壁法原代培养，即只把组织块剪碎，不用胶原酶消化，直接按肝细胞的培养方法进行贴壁培养，在传代时加胰酶消化，只取上层细胞悬液继续培养。该法简单快捷，无需灌注、离心，所得肝细胞活力高。

为了解决肝细胞活性体外维持时间短的问题， Hengstler［16］等研究优化肝细胞冷冻技术。同新鲜肝细胞相比，经过该技术冷冻储藏的肝细胞活性为新鲜肝细胞的80%以上，而其Ⅰ相、Ⅱ相代谢酶的活性>60%，可用于反应时间不超过8h的代谢研究，亦可用于药酶的诱导研究，但该技术仍需进一步优化。

3.2肝细胞培养的主要应用

3.2.1进行药物体外代谢途径与体内相关性研究

3.2.2进行药物体外代谢清除研究

Shibata［19］等人运用冷藏保存的人肝细胞混悬于100%的人血浆中，将预测的肝利用度及清除率与14种临床常用的药物的生物利用度和血浆清除率进行比较时，发现不同的细胞来源，内在清除率存在极大的个体差异性。同时在基础的生物定标系数（3.1×109 个/kg）下，用外推法将体外实验结果应用于体内实验的预测，往往会出现明显的偏低现象，因此计算的定标系数应比基础生物大3～5倍。为获得更可靠的定量预测结果，通过预试验来确定校正的定标系数是至关重要的环节。

由于在新鲜分离的肝细胞中，介导药物代谢的CYP450酶系存在时间依赖性衰减的现象，所以一般的肝细胞培养都要求在肝细胞生存时间跨度内进行。Griffin和Houston ［20］对体外单层肝细胞培养的内在清除能力（CLint）与新鲜游离肝细胞悬液的清除能力进行比较，发现其内在的清除能力与代谢速度有关，单层肝细胞体外实验更适合于代谢速度慢的药物。

总之，用肝细胞培养方法作为评价药物代谢的体外系统，存在一定的偏差。其结果与体内的情况相近程度，很大程度上取决于研究者的经验。

3.2.3参与新型多器官共培养的研究

在很长一段时间内，研究者都只是单纯考察药物代谢在某一种器官（如肝脏）中的作用情况。而实际上，药物在体内的过程是多因素综合作用的。根据最新报道［21］， 肝细胞参与整体非连续性多器官共培养体系（IdMOC），即把肝细胞和来自于其他多个器官的非肝原代细胞一起培养，为在药物代谢和毒副效应方面评价多器官之间的相互作用提供可能性。

肝细胞同肝微粒体相比，在代谢物生成、体外代谢清除等研究方面有许多相似性，但针对代谢物种类、主要代谢物及所反映的代谢特性上存在着质或量的差异。随着肝细胞冷冻技术的发展，因其体外活性维持时间短而造成的应用限制会不断得到改善。 4肝组织切片

在各种器

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