SNU-449 Hepatocellular Carcinoma Cells in Drug Metabolism Research

Jetra so glavni presnovni organ v telesu, ki z zapletenim nizom encimov predeluje ksenobiotike, vključno s farmacevtskimi spojinami. V družbi Cytion se zavedamo, da so celične linije hepatocelularnega karcinoma (HCC) ključna orodja za preučevanje presnove zdravil, zlasti v okviru raka na jetrih, kjer lahko spremenjeno izražanje presnovnih encimov dramatično vpliva na terapevtske rezultate. Modeli hepatocelularnega karcinoma omogočajo raziskovalcem, da preučijo, kako presnovne spremembe, povezane z rakom, vplivajo na aktivacijo in razstrupljanje zdravil ter končno na učinkovitost zdravljenja pri tej zahtevni maligni bolezni.

Ključne ugotovitve

• Celice hepatocelularnega karcinoma ohranijo funkcionalne encimske sisteme za presnovo zdravil
• Profili izražanja citokroma P450 vplivajo na aktivacijo in odpornost na kemoterapijo
• Encimi konjugacijske faze II določajo vzorce izločanja in toksičnosti zdravil
• Izražanje transporterjev vpliva na jetrni privzem zdravil in izločanje z žolčem
• Metabolične spremembe, specifične za raka, ustvarjajo terapevtske ranljivosti

Izbor celičnih linij hepatocelularnega karcinoma za študije metabolizma zdravil

Celične linije hepatocelularnega karcinoma se med seboj precej razlikujejo po ohranjanju funkcij, značilnih za jetra, vključno z izražanjem encimov, ki presnavljajo zdravila. Izbira ustreznih modelov za raziskave presnove zdravil zahteva skrbno preučitev fenotipskih značilnosti in presnovne sposobnosti vsake linije.

Naše celice HepG2 (300198 ) predstavljajo najpogosteje uporabljeno hepatomsko celično linijo za študije presnove zdravil, saj ohranjajo znatno izražanje številnih encimov citokroma P450 in konjugacijskih encimov. Čeprav imajo celice HepG2 nižjo ekspresijo CYP kot primarni hepatociti, so zaradi enostavnega gojenja in doslednega delovanja dragocene za rutinske presejalne aplikacije.

Celice SK-HEP-1 (300334 ) so dopolnilni model z izrazitimi značilnostmi, čeprav njihov endotelijski fenotip pomeni, da izražajo drugačne profile presnovnih encimov. Celice SK-HEP-1 so še posebej dragocene za preučevanje presnove zdravil, povezane z angiogenezo, in mehanizmov odpornosti pri jetrnem raku.

Preverjanje pristnosti celične linije in število prehodov pomembno vplivata na presnovno sposobnost. Kultura z nizkim številom prehodov na splošno ohrani večjo ekspresijo encimov, redno preverjanje aktivnosti CYP pa zagotavlja dosledne eksperimentalne rezultate v različnih študijah.

Izražanje citokroma P450 in aktivacija zdravil

Encimi citokroma P450 katalizirajo prvo stopnjo presnove večine farmacevtskih spojin, pri čemer lipofilna matična zdravila pretvarjajo v bolj polarne metabolite. Profil izražanja specifičnih izoform CYP določa, katera zdravila se lahko presnavljajo in s kakšno hitrostjo.

CYP3A4 presnavlja približno 50 % klinično uporabljenih zdravil in kaže spremenljivo izražanje v celičnih linijah HCC. Celice HepG2 izražajo zmerne ravni CYP3A4, ki jih je mogoče inducirati z rifampicinom ali deksametazonom prek aktivacije PXR (receptorja za pregnan X), kar omogoča preučevanje interakcij med zdravili, ki jih posreduje indukcija encima.

Izražanje CYP1A2 v hepatomskih celicah omogoča presnovo aromatskih aminov in policikličnih aromatskih ogljikovodikov. Ta encim inducirajo agonisti AhR (arilni ogljikovodikovi receptorji), vključno z omeprazolom, kar zagotavlja sistem za preučevanje aktivacije okoljskih rakotvornih snovi v jetrnih celicah.

Aktivacija prodrog pogosto zahteva pretvorbo v aktivne metabolite, ki jo posreduje CYP. Na primer, nekatera protirakava prozdravila potrebujejo za aktivacijo jetrni CYP3A4, celične linije HCC pa lahko modelirajo, ali tumorsko specifični vzorci izražanja CYP spodbujajo ali ovirajo aktivacijo prozdravil v okolju raka jeter.

Aktivnost encimov za konjugacijo faze II

Metabolizem faze II doda metabolitom faze I polarne skupine, kar znatno poveča topnost v vodi in omogoča izločanje z ledvicami ali žolčem. Ravnovesje med aktivacijo faze I in razstrupljanjem faze II določa splošno izpostavljenost zdravilu in toksičnost.

UDP-glukuronoziltransferaze (UGT) konjugirajo glukuronsko kislino z različnimi substrati, vključno z zdravili, hormoni in bilirubinom. Celice HepG2 izražajo več izoform UGT, kar omogoča preučevanje sposobnosti glukuronizacije in njenega vpliva na izločanje zdravil.

Glutation S-transferaze (GST) konjugirajo tripeptid glutation z elektrofilnimi spojinami, vključno z reaktivnimi metaboliti, ki nastanejo pri oksidaciji, posredovani s CYP. Izražanje GST v celicah HCC vpliva na občutljivost na alkilirajoča kemoterapevtska sredstva in oksidativni stres.

Sulfotransferaze (SULT) dodajajo sulfatne skupine fenolnim spojinam in steroidnim hormonom. Spremenjeno izražanje SULT v HCC lahko vpliva na presnovo zdravil, ki se odzivajo na hormone, in prispeva k spremenjeni hormonski signalizaciji pri raku jeter.

Izražanje in delovanje prenašalcev zdravil

Jetrni prenašalci zdravil nadzorujejo privzem zdravil iz krvi v hepatocite in njihovo poznejše izločanje v žolč ali nazaj v sistemski obtok. Izražanje prenašalcev močno vpliva na izpostavljenost jeter zdravilom in njihov očistek.

Polipeptidi za prenos organskih anionov (OATP), zlasti OATP1B1 in OATP1B3, posredujejo pri jetrnem privzemu številnih zdravil, vključno s statini, antibiotiki in protirakavimi zdravili. Spremenjeno izražanje OATP v HCC vpliva na znotrajcelično kopičenje zdravil in terapevtsko učinkovitost.

Prevozniki ABC (ATP-binding cassette), vključno s P-glikoproteinom (P-gp/MDR1), MRP2 in BCRP, aktivno črpajo zdravila iz hepatocitov. Prekomerna ekspresija teh transporterjev v HCC prispeva k odpornosti na več zdravil, saj zmanjša znotrajcelične koncentracije zdravil pod terapevtske pragove.

Izvozna črpalka za žolčne soli (BSEP/ABCB11) posreduje pri izločanju žolčnih kislin in nekaterih zdravil z žolčem. Zaviranje BSEP z zdravili povzroča kopičenje žolčnih kislin in holestatsko poškodbo jeter, zato so testi BSEP pomembni za napovedovanje hepatotoksičnosti.

Metabolične spremembe, povezane z rakom

Celice hepatocelularnega karcinoma kažejo značilne spremembe v izražanju encimov za presnovo zdravil v primerjavi z normalnimi hepatociti. Razumevanje teh sprememb je bistvenega pomena za napovedovanje odziva na zdravila pri raku jeter.

Številni encimi CYP kažejo zmanjšano izražanje v tumorjih HCC v primerjavi z okoliškim normalnim jetrnim tkivom. Ta znižana regulacija lahko poslabša aktivacijo od CYP odvisnih prozdravil, hkrati pa lahko zmanjša razstrupljanje neposredno toksičnih snovi.

Jedrski receptorji, vključno s PXR, CAR (konstitutivni androstanski receptor) in AhR, uravnavajo izražanje encimov za presnovo zdravil. Spremenjena signalizacija jedrskih receptorjev v HCC vpliva na izhodiščno izražanje encimov in inducibilnost ter spreminja fenotipe presnove zdravil.

Hipoksija, ki je pogosta pri solidnih tumorjih, vključno s HCC, zavira izražanje CYP prek signalizacije HIF-1α (hipoksijo inducirajoči dejavnik 1 alfa). To hipoksično reprogramiranje presnove lahko ustvari terapevtske ranljivosti, ki jih je mogoče izkoristiti s hipoksično aktiviranimi prozdravili.

Ocena interakcij med zdravili

Interakcije med zdravili (DDI), ki jih povzroča zaviranje ali indukcija metabolnih encimov, predstavljajo velik klinični problem, zlasti pri bolnikih s HCC, ki prejemajo več zdravil. Celični modeli HCC omogočajo sistematično napovedovanje DDI.

Preskusi inhibicije CYP z uporabo sondnih substratov, značilnih za posamezne izoforme CYP, določajo spojine, ki blokirajo presnovo zdravil. Konkurenčno inhibicijo in inhibicijo, ki temelji na mehanizmu, je mogoče razlikovati s pomočjo protokolov predinkubacije in kinetične analize.

Študije indukcije encima ocenjujejo, ali testne spojine povečajo izražanje CYP z aktivacijo jedrskih receptorjev. qRT-PCR kvantifikacija ravni mRNA CYP in analiza izražanja proteinov z Western blotom dopolnjujeta meritve aktivnosti.

Klinični pomen ugotovitev in vitro DDI je odvisen od dosegljivih koncentracij zdravila. Fiziološko zasnovano farmakokinetično modeliranje (PBPK) združuje podatke o presnovi in vitro s farmakokinetičnimi parametri za napovedovanje klinične velikosti DDI.

Priporočeni izdelki za raziskave metabolizma zdravil:

• HepG2 Cells (300198) - vrhunski model hepatoma za presnovo zdravil
• Celice SK-HEP-1 (300334) - rak jeter z endotelijskimi značilnostmi
• DMEM z visoko vsebnostjo glukoze (820300a) - standardno gojišče
• Sredstvo za zamrzovanje CM-ACF (800650) - raztopina za kriokonzervacijo