SNU-449 Hepatocellular Carcinoma Cells in Drug Metabolism Research

Черният дроб е основният метаболитен орган на организма, който преработва ксенобиотици, включително фармацевтични съединения, чрез сложен набор от ензими. В Cytion разбираме, че клетъчните линии на хепатоцелуларния карцином (HCC) предоставят критични инструменти за изучаване на метаболизма на лекарствата, особено в контекста на рака на черния дроб, при който променената експресия на метаболитни ензими може драматично да повлияе на терапевтичните резултати. Моделите на хепатоцелуларен карцином дават възможност на изследователите да проучат как свързаните с рака метаболитни промени влияят върху активирането на лекарствата, детоксикацията и в крайна сметка върху ефикасността на лечението при това предизвикателно злокачествено заболяване.

Основни изводи

• Клетките на хепатоцелуларния карцином запазват функционални ензимни системи за метаболизиране на лекарства
• Експресионните профили на цитохром Р450 влияят върху активирането и резистентността към химиотерапия
• Ензимите на фаза II на конюгация определят клирънса на лекарствата и моделите на токсичност
• Експресията на транспортерите влияе върху чернодробното поемане на лекарства и жлъчната екскреция
• Специфичните за рака метаболитни промени създават терапевтични уязвимости

Избор на клетъчни линии на хепатоцелуларен карцином за проучвания на метаболизма на лекарствата

Клетъчните линии на хепатоцелуларния карцином се различават значително по отношение на запазването на специфичните за черния дроб функции, включително експресията на ензими, които метаболизират лекарствата. Изборът на подходящи модели за изследване на метаболизма на лекарствата изисква внимателно разглеждане на фенотипните характеристики и метаболитната компетентност на всяка линия.

Нашите клетки HepG2 (300198 ) представляват най-широко използваната хепатомна клетъчна линия за изследвания на метаболизма на лекарствата, като запазват значителна експресия на много ензими на цитохром P450 и конюгационни ензими. Въпреки че клетките HepG2 показват по-ниска експресия на CYP от първичните хепатоцити, лесното им култивиране и постоянната им ефективност ги правят ценни за рутинни приложения за скрининг.

Клетките SK-HEP-1 (300334 ) предлагат допълнителен модел с различни характеристики, въпреки че ендотелно-подобният им фенотип означава, че те изразяват различни метаболитни ензимни профили. Клетките SK-HEP-1 са особено ценни за изучаване на свързания с ангиогенезата метаболизъм на лекарствата и механизмите на резистентност при рак на черния дроб.

Автентичността на клетъчната линия и броят на пасажите оказват значително влияние върху метаболитната компетентност. Културите с нисък пасаж обикновено запазват по-висока експресия на ензими, а периодичната проверка на CYP активността осигурява последователни експериментални резултати в различните изследвания.

Експресия на цитохром Р450 и активиране на лекарствата

Ензимите на цитохром Р450 катализират първата стъпка в метаболизма на повечето фармацевтични съединения, като превръщат липофилните изходни лекарства в по-полярни метаболити. Профилът на експресия на специфични изоформи на CYP определя кои лекарства могат да бъдат метаболизирани и с каква скорост.

CYP3A4 метаболизира приблизително 50 % от клинично използваните лекарства и показва различна експресия в клетъчните линии на HCC. Клетките HepG2 експресират умерени нива на CYP3A4, които могат да бъдат индуцирани от рифампицин или дексаметазон чрез активиране на PXR (прегнанов X рецептор), което дава възможност за изследване на лекарствените взаимодействия, медиирани от индукцията на ензима.

Експресията на CYP1A2 в хепатомни клетки позволява метаболизма на ароматни амини и полициклични ароматни въглеводороди. Този ензим е индуцируем от AhR (арил въглеводороден рецептор) агонисти, включително омепразол, което осигурява система за изследване на активирането на канцерогени от околната среда в чернодробни клетки.

Активирането на лекарствата често изисква CYP-медиирано превръщане в активни метаболити. Например някои противоракови пролекарства изискват чернодробен CYP3A4 за активиране, а клетъчните линии на HCC могат да моделират дали специфичните за тумора модели на експресия на CYP благоприятстват или влошават активирането на пролекарствата в условията на рак на черния дроб.

Ензимна активност на фаза II на конюгиране

Метаболизмът от фаза II добавя полярни групи към метаболитите от фаза I, което значително увеличава разтворимостта във вода и позволява бъбречна или жлъчна екскреция. Балансът между активирането на Фаза I и детоксикацията на Фаза II определя общата експозиция на лекарството и неговата токсичност.

UDP-глюкуронозилтрансферазите (UGT) конюгират глюкуронова киселина с голямо разнообразие от субстрати, включително лекарства, хормони и билирубин. Клетките HepG2 експресират множество изоформи на UGT, което позволява да се изследва капацитетът на глюкурониране и влиянието му върху лекарствения клирънс.

Глутатион S-трансферазите (GST) конюгират трипептида глутатион с електрофилни съединения, включително реактивни метаболити, генерирани от CYP-медиирано окисление. Експресията на GST в клетките на HCC влияе върху чувствителността към алкилиращи химиотерапевтични агенти и оксидативния стрес.

Сулфотрансферазите (SULT) добавят сулфатни групи към фенолни съединения и стероидни хормони. Променената експресия на SULT в HCC може да повлияе на метаболизма на хормонално-чувствителните лекарства и да допринесе за модифицирана хормонална сигнализация при рак на черния дроб.

Експресия и функция на лекарствените транспортери

Чернодробните лекарствени транспортери контролират поемането на лекарства от кръвта в хепатоцитите и последващото им отделяне в жлъчката или обратно в системното кръвообращение. Експресията на транспортерите оказва значително влияние върху експозицията на чернодробните лекарства и клирънса.

Полипептидите, пренасящи органични аниони (OATP), по-специално OATP1B1 и OATP1B3, медиират чернодробното усвояване на много лекарства, включително статини, антибиотици и противоракови средства. Променената експресия на OATP в HCC влияе върху вътреклетъчното натрупване на лекарства и терапевтичната ефикасност.

АТФ-свързващите касети (ABC) ефлуксни транспортери, включително P-гликопротеин (P-gp/MDR1), MRP2 и BCRP, активно изпомпват лекарствата от хепатоцитите. Свръхекспресията на тези транспортери в HCC допринася за мултилекарствената резистентност, като намалява вътреклетъчните концентрации на лекарствата под терапевтичните прагове.

Експортната помпа за жлъчни соли (BSEP/ABCB11) медиира жлъчната екскреция на жлъчни киселини и някои лекарства. Инхибирането на BSEP от лекарства води до натрупване на жлъчни киселини и холестатично увреждане на черния дроб, което прави анализите на BSEP важни за прогнозиране на хепатотоксичността.

Метаболитни промени, свързани с рака

Клетките на хепатоцелуларния карцином показват характерни промени в експресията на ензимите на лекарствения метаболизъм в сравнение с нормалните хепатоцити. Разбирането на тези промени е от съществено значение за прогнозиране на лекарствения отговор в условията на рак на черния дроб.

Много CYP ензими показват намалена експресия в туморите на HCC в сравнение с околната нормална чернодробна тъкан. Тази понижена регулация може да влоши активирането на CYP-зависимите пролекарства, като същевременно потенциално намалява детоксикацията на директно токсичните агенти.

Ядрените рецептори, включително PXR, CAR (конститутивен андростанов рецептор) и AhR, регулират експресията на ензимите на лекарствения метаболизъм. Променената сигнализация на ядрените рецептори в HCC влияе както на изходната експресия на ензимите, така и на индуцируемостта, като променя фенотипите на лекарствения метаболизъм.

Хипоксията, която е често срещана при солидните тумори, включително HCC, потиска експресията на CYP чрез сигнализацията на HIF-1α (хипоксия-индуцируем фактор 1 алфа). Това хипоксично препрограмиране на метаболизма може да създаде терапевтични уязвимости, които да се използват от хипоксия-активирани пролекарства.

Оценка на взаимодействието между лекарствата

Взаимодействията лекарство-лекарство (ВЛЛ), опосредствани от инхибиране или индуциране на метаболитни ензими, представляват сериозен клиничен проблем, особено за пациентите с HCC, които получават множество лекарства. Клетъчните модели на HCC дават възможност за систематично прогнозиране на DDI.

Тестовете за инхибиране на CYP, използващи субстрати, специфични за отделните изоформи на CYP, идентифицират съединения, които блокират метаболизма на лекарствата. Конкурентното инхибиране и инхибирането, основано на механизма, могат да бъдат разграничени чрез протоколи за предварителна инкубация и кинетичен анализ.

Проучванията за индукция на ензима оценяват дали изпитваните съединения увеличават експресията на CYP чрез активиране на ядрени рецептори. qRT-PCR количествено определяне на нивата на CYP mRNA и Western blot анализ на протеиновата експресия допълват измерванията на активността.

Клиничната значимост на резултатите от in vitro DDI зависи от постижимите концентрации на лекарствата. Физиологично базираното фармакокинетично моделиране (PBPK) интегрира данните за метаболизма in vitro с фармакокинетичните параметри, за да се предвиди клиничната величина на DDI.

Препоръчителни продукти за изследване на метаболизма на лекарствата:

• Клетки HepG2 (300198) - първокласен хепатомен модел за метаболизъм на лекарства
• Клетки SK-HEP-1 (300334 ) - рак на черния дроб с ендотелни характеристики
• DMEM с високо съдържание на глюкоза (820300a ) - Стандартна среда за култивиране
• Среда за замразяване CM-ACF (800650) - разтвор за криоконсервация