球体肠上皮细胞在人体肠道吸收预测应用研究|上皮细胞|介导|单层|底物|活性|蛋白

药物吸收和代谢是药物研发过程中至关重要的研究内容。特别是在口服药物的开发过程中，了解药物在肠道中的吸收机制以及代谢酶和转运蛋白的作用，对于预测药物的生物利用度和药物相互作用至关重要。传统上，Caco-2细胞系被广泛用于研究药物在肠道中的吸收。然而，Caco-2细胞并不能完全模拟人类小肠的生理状态，特别是在某些药物代谢酶和转运蛋白的表达水平上存在显著差异。
为了克服这些局限性，近年来的研究开始关注利用来自人类肠道组织的类器官和球体模型。类器官是一种三维培养系统，可以在体外模拟器官的功能特性，并维持细胞的原始特性。这种模型能够长时间培养肠道干细胞，并具备分化为多种细胞谱系的能力。研究表明，从类器官中建立的二维单层细胞可以用于评估跨细胞的药物转运，同时保持药物代谢酶和转运蛋白的功能。
发表在Drug metabolism and disposition 期刊，题为Usefulness of Human Jejunal Spheroid–Derived Differentiated Intestinal Epithelial Cells for the Prediction of Intestinal Drug Absorption in Humans的研究重点是通过使用从人类手术切除的空肠标本中建立的三维球体，生成分化的肠上皮细胞，并验证其在预测人体肠道药物吸收中的应用价值。通过比较这些球体衍生的分化肠上皮细胞与人类小肠组织的基因表达和酶活性，研究展示了这种新型体外模型在研究肠道药物代谢酶和转运蛋白功能中的潜力。

图示描述：
1) 从手术切除的人类空肠标本中分离隐窝并建立三维肠道球体的过程。随后，通过去除培养基中的Wnt3a、R-spondin3和noggin，诱导球体分化为二维单层肠上皮细胞。图中详细描述了每一步的操作方法和时间节点，证实了球体能够在至少25次传代中稳定扩展，并生成功能性单层细胞。

2) 在不同培养时间点上，分化肠上皮细胞中P-gp、PEPT1、CYP3A4和SI的mRNA表达水平变化。结果显示，在播种后的前5天内，这些基因的表达水平显著增加，并在11天内维持在稳定水平。此外，TEER值的测量结果表明，细胞单层在培养5天后达到约300Ω·cm²，表明单层细胞具有良好的完整性。

3) 为了验证分化肠上皮细胞中P-gp和BCRP转运蛋白的功能，研究评估了在有无P-gp/BCRP抑制剂存在下，地高辛、非索非那定、柳氮磺吡啶和瑞舒伐他汀的双向转运。结果显示，这些药物在基底侧到顶侧的转运显著高于相反方向，并在抑制剂存在下显著降低，证实了P-gp和BCRP的转运活性。

4) 在有无PEPT1抑制剂Gly-Sar存在下，头孢羟氨苄的顶侧到基底侧转运。结果显示，在Gly-Sar存在下，头孢羟氨苄的转运显著减少，而抗吡啶和荧光黄的转运未见显著变化，表明PEPT1的转运活性得到保留。

5) 为了验证分化肠上皮细胞中主要肠道药物代谢酶的功能，研究观察了在有无相应酶抑制剂存在下，这些酶的标志反应。结果表明，目标代谢物的生成显著减少，证实了CYP3A4/5、CYP2C9、UGT1As和CES2的代谢活性。

6) 在有无CYP3A抑制剂酮康唑和诱导剂1,25-(OH)2D3存在下，五种CYP3A底物药物的顶侧到基底侧转运。结果显示，对于存在显著首过代谢的药物如非洛地平和咪达唑仑，在酮康唑存在下，其转运增加，而在1,25-(OH)2D3存在下，其转运减少。

7) 使用分化肠上皮细胞系统估算的CYP3A底物药物的Fg值与文献中报道的人体Fg值之间的相关性。结果表明，估算值与文献值之间具有良好的相关性，特别是在存在CYP3A诱导剂时，估算值显著降低，进一步验证了该系统的预测能力。

全文总结：
本研究成功开发了一种基于人类空肠球体衍生分化肠上皮细胞的新型体外模型，能够保持多种肠道药物代谢酶和转运蛋白的功能。这为定量评估肠道药物代谢酶和转运蛋白对药物吸收的影响提供了有力工具，并展示了在药物研发过程中应用该模型的巨大潜力。通过验证该模型在预测CYP3A底物药物Fg值方面的有效性，研究证明了该系统在肠道药物吸收研究中的实用性。

参考文献：
Michiba K, Maeda K, Shimomura O, Miyazaki Y, Hashimoto S, Oda T, Kusuhara H. Usefulness of Human Jejunal Spheroid-Derived Differentiated Intestinal Epithelial Cells for the Prediction of Intestinal Drug Absorption in Humans. Drug Metab Dispos. 2022 Mar;50(3):204-213. doi: 10.1124/dmd.121.000796. Epub 2022 Jan 6. PMID: 34992074.