SNU-449 Hepatocellular Carcinoma Cells in Drug Metabolism Research

O fígado é o principal órgão metabólico do corpo, processando xenobióticos, incluindo compostos farmacêuticos, através de um conjunto complexo de enzimas. Na Cytion, compreendemos que as linhas celulares de carcinoma hepatocelular (CHC) fornecem ferramentas críticas para o estudo do metabolismo de fármacos, particularmente no contexto do cancro do fígado, onde a expressão alterada de enzimas metabólicas pode influenciar dramaticamente os resultados terapêuticos. Os modelos de carcinoma hepatocelular permitem aos investigadores investigar a forma como as alterações metabólicas associadas ao cancro afectam a ativação, a desintoxicação e, em última análise, a eficácia do tratamento desta doença maligna difícil.

Principais conclusões

• As células do carcinoma hepatocelular mantêm sistemas enzimáticos funcionais de metabolização de fármacos
• Os perfis de expressão do citocromo P450 influenciam a ativação e a resistência à quimioterapia
• As enzimas de conjugação de fase II determinam a depuração do fármaco e os padrões de toxicidade
• A expressão dos transportadores afecta a absorção hepática de fármacos e a excreção biliar
• As alterações metabólicas específicas do cancro criam vulnerabilidades terapêuticas

Seleção de linhas celulares de carcinoma hepatocelular para estudos de metabolismo de fármacos

As linhas celulares de carcinoma hepatocelular variam consideravelmente na sua retenção de funções específicas do fígado, incluindo a expressão de enzimas metabolizadoras de fármacos. A seleção de modelos adequados para a investigação do metabolismo de fármacos requer uma consideração cuidadosa das caraterísticas fenotípicas e da competência metabólica de cada linha.

As nossas células HepG2 (300198) representam a linha celular de hepatoma mais utilizada para estudos de metabolismo de fármacos, mantendo uma expressão substancial de muitas enzimas do citocromo P450 e enzimas de conjugação. Embora as células HepG2 apresentem uma expressão de CYP inferior à dos hepatócitos primários, a sua facilidade de cultura e o seu desempenho consistente tornam-nas valiosas para aplicações de rastreio de rotina.

As células SK-HEP-1 (300334) oferecem um modelo complementar com caraterísticas distintas, embora o seu fenótipo semelhante ao endotélio signifique que exprimem diferentes perfis de enzimas metabólicas. As células SK-HEP-1 são particularmente valiosas para estudar o metabolismo dos medicamentos relacionados com a angiogénese e os mecanismos de resistência no cancro do fígado.

A autenticação da linha celular e o número de passagens têm um impacto significativo na competência metabólica. As culturas de baixa passagem retêm geralmente uma maior expressão enzimática e a verificação periódica da atividade do CYP assegura resultados experimentais consistentes em todos os estudos.

Expressão do citocromo P450 e ativação de fármacos

As enzimas do citocromo P450 catalisam o primeiro passo no metabolismo da maioria dos compostos farmacêuticos, convertendo os fármacos originais lipofílicos em metabolitos mais polares. O perfil de expressão de isoformas específicas do CYP determina que fármacos podem ser metabolizados e a que velocidade.

A CYP3A4 metaboliza aproximadamente 50% dos fármacos utilizados clinicamente e apresenta uma expressão variável nas linhas celulares de CHC. As células HepG2 expressam níveis moderados de CYP3A4 que podem ser induzidos pela rifampicina ou pela dexametasona através da ativação do PXR (recetor X de pregnano), permitindo o estudo das interações medicamentosas mediadas pela indução enzimática.

A expressão da CYP1A2 nas células do hepatoma permite o metabolismo das aminas aromáticas e dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Esta enzima é induzida por agonistas AhR (recetor de hidrocarbonetos arilo), incluindo o omeprazol, proporcionando um sistema para estudar a ativação de carcinogéneos ambientais em células hepáticas.

A ativação de pró-fármacos requer frequentemente a conversão mediada pelo CYP em metabolitos activos. Por exemplo, certos pró-fármacos anticancerígenos requerem a ativação do CYP3A4 hepático, e as linhas celulares de CHC podem modelar se os padrões de expressão do CYP específicos do tumor favorecem ou prejudicam a ativação do pró-fármaco no contexto do cancro do fígado.

Atividade da enzima de conjugação de fase II

O metabolismo de fase II adiciona grupos polares aos metabolitos de fase I, aumentando drasticamente a solubilidade em água e permitindo a excreção renal ou biliar. O equilíbrio entre a ativação da Fase I e a desintoxicação da Fase II determina a exposição global ao fármaco e a sua toxicidade.

As UDP-glucuronosiltransferases (UGTs) conjugam o ácido glucurónico com uma grande variedade de substratos, incluindo fármacos, hormonas e bilirrubina. As células HepG2 expressam múltiplas isoformas de UGT, o que permite estudar a capacidade de glucuronidação e o seu impacto na depuração dos fármacos.

As glutatião S-transferases (GST) conjugam o tripeptídeo glutatião com compostos electrofílicos, incluindo metabolitos reactivos gerados pela oxidação mediada pelo CYP. A expressão de GST nas células de CHC influencia a sensibilidade aos agentes quimioterapêuticos alquilantes e ao stress oxidativo.

As sulfotransferases (SULT) adicionam grupos sulfato a compostos fenólicos e hormonas esteróides. A alteração da expressão das SULT no CHC pode afetar o metabolismo de fármacos responsivos a hormonas e contribuir para a alteração da sinalização hormonal no cancro do fígado.

Expressão e função dos transportadores de fármacos

Os transportadores hepáticos de fármacos controlam a absorção de fármacos do sangue para os hepatócitos e a sua subsequente excreção na bílis ou de volta à circulação sistémica. A expressão dos transportadores influencia profundamente a exposição e a depuração hepática dos fármacos.

Os polipéptidos transportadores de aniões orgânicos (OATP), em especial o OATP1B1 e o OATP1B3, medeiam a absorção hepática de muitos fármacos, incluindo estatinas, antibióticos e agentes anticancerígenos. A expressão alterada de OATP no CHC afecta a acumulação intracelular de fármacos e a eficácia terapêutica.

Os transportadores de efluxo do tipo ATP-binding cassette (ABC), incluindo a glicoproteína-P (P-gp/MDR1), MRP2 e BCRP, bombeiam ativamente os fármacos para fora dos hepatócitos. A sobreexpressão destes transportadores no CHC contribui para a multirresistência, reduzindo as concentrações intracelulares de fármacos para valores inferiores aos limiares terapêuticos.

A bomba de exportação de sais biliares (BSEP/ABCB11) medeia a excreção biliar de ácidos biliares e de alguns fármacos. A inibição da BSEP por fármacos causa acumulação de ácidos biliares e lesão hepática colestática, o que torna os ensaios da BSEP importantes para a previsão da hepatotoxicidade.

Alterações Metabólicas Associadas ao Cancro

As células do carcinoma hepatocelular apresentam alterações caraterísticas na expressão das enzimas do metabolismo dos medicamentos em comparação com os hepatócitos normais. A compreensão destas alterações é essencial para prever a resposta aos fármacos no contexto do cancro do fígado.

Muitas enzimas CYP apresentam uma expressão reduzida nos tumores de CHC em comparação com o tecido hepático normal circundante. Esta regulação negativa pode prejudicar a ativação de pró-fármacos dependentes do CYP, reduzindo potencialmente a desintoxicação de agentes diretamente tóxicos.

Os receptores nucleares, incluindo o PXR, o CAR (recetor constitutivo do androstano) e o AhR, regulam a expressão das enzimas do metabolismo dos fármacos. A sinalização alterada dos receptores nucleares no CHC afecta tanto a expressão enzimática de base como a indutibilidade, modificando os fenótipos do metabolismo dos fármacos.

A hipóxia, comum em tumores sólidos, incluindo o CHC, suprime a expressão do CYP através da sinalização do HIF-1α (fator induzível por hipóxia 1 alfa). Esta reprogramação hipóxica do metabolismo pode criar vulnerabilidades terapêuticas exploráveis por pró-fármacos activados por hipóxia.

Avaliação da interação fármaco-fármaco

As interações fármaco-fármaco (DDI) mediadas pela inibição ou indução de enzimas metabólicas representam grandes preocupações clínicas, particularmente para os doentes com CHC que recebem vários medicamentos. Os modelos celulares de CHC permitem a previsão sistemática de DDI.

Os ensaios de inibição do CYP que utilizam substratos de sonda específicos para isoformas individuais do CYP identificam compostos que bloqueiam o metabolismo dos medicamentos. A inibição competitiva e a inibição baseada no mecanismo podem ser distinguidas através de protocolos de pré-incubação e análise cinética.

Os estudos de indução enzimática avaliam se os compostos testados aumentam a expressão do CYP através da ativação de receptores nucleares. A quantificação por qRT-PCR dos níveis de ARNm do CYP e a análise por Western blot da expressão proteica complementam as medições da atividade.

A relevância clínica dos resultados da DDI in vitro depende das concentrações alcançáveis do fármaco. A modelação farmacocinética de base fisiológica (PBPK) integra dados de metabolismo in vitro com parâmetros farmacocinéticos para prever a magnitude da DDI clínica.

Produtos recomendados para a investigação do metabolismo de fármacos:

• Células HepG2 (300198) - Modelo de hepatoma de primeira linha para o metabolismo de medicamentos
• Células SK-HEP-1 (300334) - Cancro do fígado com caraterísticas endoteliais
• DMEM com elevado teor de glucose (820300a) - Meio de cultura padrão
• Meio de congelação CM-ACF (800650) - Solução de criopreservação