SNU-449 Hepatocellular Carcinoma Cells in Drug Metabolism Research

ตับทำหน้าที่เป็นอวัยวะหลักในการเผาผลาญของร่างกาย โดยทำหน้าที่ประมวลผลสารแปลกปลอมรวมถึงสารประกอบทางเภสัชกรรมผ่านกระบวนการของเอนไซม์ที่ซับซ้อนหลากหลายชนิดที่ Cytion เราเข้าใจดีว่าเซลล์ไลน์ของมะเร็งตับชนิดเซลล์ฮีปาโตไซติก (HCC) เป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาการเผาผลาญยา โดยเฉพาะในบริบทของมะเร็งตับที่การแสดงออกของเอนไซม์เมตาบอลิซึมที่เปลี่ยนแปลงไปสามารถส่งผลต่อผลลัพธ์การรักษาได้อย่างมาก โมเดลมะเร็งตับชนิดเซลล์ฮีปาโตไซติกช่วยให้ผู้วิจัยสามารถศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลงเมตาบอลิซึมที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งส่งผลต่อการกระตุ้นยา การกำจัดสารพิษ และประสิทธิภาพการรักษาในมะเร็งชนิดนี้ที่มีความท้าทายอย่างไร

ประเด็นสำคัญ

• เซลล์มะเร็งตับชนิดเซลล์ตับยังคงมีระบบเอนไซม์ที่ทำงานในการเผาผลาญยาอยู่
• โปรไฟล์การแสดงออกของไซโตโครม P450 มีอิทธิพลต่อการกระตุ้นและการดื้อยาเคมีบำบัด
• เอนไซม์การเชื่อมต่อเฟสที่สองกำหนดการกำจัดยาและรูปแบบความเป็นพิษ
• การแสดงออกของทรานสปอร์ตเตอร์ส่งผลต่อการดูดซึมยาในตับและการขับถ่ายทางน้ำดี
• การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมเฉพาะในมะเร็งก่อให้เกิดช่องโหว่ในการรักษา

การคัดเลือกสายพันธุ์เซลล์มะเร็งตับเพื่อการศึกษาการเผาผลาญยา

เซลล์ไลน์ของมะเร็งตับชนิด hepatocellular carcinoma มีความแตกต่างกันอย่างมากในการคงไว้ซึ่งหน้าที่เฉพาะของตับ รวมถึงการแสดงออกของเอนไซม์ที่เกี่ยวกับการเผาผลาญยา การเลือกแบบจำลองที่เหมาะสมสำหรับการวิจัยการเผาผลาญยาจำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงลักษณะทางฟีโนไทป์และความสามารถในการเผาผลาญของแต่ละเซลล์ไลน์

เซลล์ HepG2ของเรา(300198)เป็นสายพันธุ์เซลล์มะเร็งตับที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการศึกษาการเผาผลาญยา โดยยังคงมีการแสดงออกของเอนไซม์ไซโตโครม P450 และเอนไซม์การจับคู่จำนวนมากในระดับที่มาก แม้ว่าเซลล์ HepG2 จะมีการแสดงออกของ CYP ต่ำกว่าเซลล์ตับปฐมภูมิ แต่ความสะดวกในการเพาะเลี้ยงและประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอทำให้เซลล์เหล่านี้มีคุณค่าสำหรับการใช้งานในการคัดกรองตามปกติ

เซลล์ SK-HEP-1 (300334)เป็นโมเดลเสริมที่มีลักษณะเฉพาะตัว แม้ว่าฟีโนไทป์ที่คล้ายกับเซลล์เยื่อบุหลอดเลือดจะทำให้พวกมันแสดงโปรไฟล์เอนไซม์เมตาบอลิซึมที่แตกต่างกัน เซลล์ SK-HEP-1 มีคุณค่าอย่างยิ่งในการศึกษาการเมตาบอลิซึมของยาที่เกี่ยวข้องกับหลอดเลือดและการดื้อยาในมะเร็งตับ

การตรวจสอบสายพันธุ์เซลล์และหมายเลขการเพาะเลี้ยงมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถทางเมตาบอลิซึม การเพาะเลี้ยงเซลล์ในระยะผ่านรุ่นต่ำมักมีการแสดงออกของเอนไซม์ในระดับที่สูงกว่า และการตรวจสอบกิจกรรมของ CYP เป็นระยะจะช่วยให้ได้ผลลัพธ์การทดลองที่สอดคล้องกันในแต่ละการศึกษา

การแสดงออกของไซโตโครม P450 และการกระตุ้นยา

เอนไซม์ไซโตโครม P450 ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนแรกของกระบวนการเมแทบอลิซึมของสารประกอบทางเภสัชกรรมส่วนใหญ่ โดยเปลี่ยนยาต้นแบบที่มีคุณสมบัติชอบไขมันให้เป็นเมแทบอไลต์ที่มีขั้วมากขึ้น โปรไฟล์การแสดงออกของไอโซฟอร์ม CYP เฉพาะจะเป็นตัวกำหนดว่ายาชนิดใดสามารถถูกเมแทบอลิซึมและในอัตราใด

CYP3A4 มีบทบาทในการเมแทบอลิซึมของยาที่ใช้ในทางคลินิกประมาณ 50% และแสดงออกในระดับที่แตกต่างกันในสายพันธุ์เซลล์ HCC เซลล์ HepG2 แสดงระดับ CYP3A4 ปานกลางซึ่งสามารถถูกเหนี่ยวนำได้โดย rifampicin หรือ dexamethasone ผ่านการกระตุ้น PXR (pregnane X receptor) ทำให้สามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างยาที่เกิดจากการเหนี่ยวนำเอนไซม์ได้

การแสดงออกของ CYP1A2 ในเซลล์มะเร็งตับช่วยให้สามารถเผาผลาญสารอะโรมาติกเอมีนและสารไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวงแหวนได้ เอนไซม์นี้สามารถถูกกระตุ้นโดยสารกระตุ้น AhR (ตัวรับอะริลไฮโดรคาร์บอน) รวมถึงโอเมพราโซล ซึ่งให้ระบบในการศึกษาการกระตุ้นสารก่อมะเร็งในสิ่งแวดล้อมในเซลล์ตับ

การกระตุ้นโปรดรักมักต้องการการเปลี่ยนรูปโดยเอนไซม์ CYP ไปเป็นเมตาบอไลต์ที่มีฤทธิ์ ตัวอย่างเช่น โปรดรักบางชนิดที่ใช้ในการรักษามะเร็งต้องการเอนไซม์ CYP3A4 ในตับเพื่อกระตุ้นให้ออกฤทธิ์ และเซลล์ไลน์ HCC สามารถจำลองรูปแบบการแสดงออกของ CYP ที่เฉพาะเจาะจงต่อเนื้องอกว่าส่งเสริมหรือขัดขวางการกระตุ้นโปรดรักในบริบทของมะเร็งตับ

กิจกรรมของเอนไซม์การเชื่อมต่อระยะที่สอง

การเผาผลาญในระยะที่ 2 จะเพิ่มกลุ่มที่มีขั้วให้กับสารเมตาบอไลต์ที่ได้จากระยะที่ 1 ซึ่งช่วยเพิ่มความละลายในน้ำอย่างมากและเอื้อต่อการขับออกทางไตหรือทางน้ำดี ความสมดุลระหว่างการกระตุ้นในระยะที่ 1 กับการขจัดสารพิษในระยะที่ 2 เป็นตัวกำหนดการสัมผัสยาและความเป็นพิษโดยรวม

เอนไซม์ยูดีพี-กลูคูโรโนซิลทรานสเฟอเรส (UGTs) ทำหน้าที่เชื่อมต่อกรดกลูคูโรนิกกับสารตั้งต้นหลากหลายชนิด รวมถึงยา ฮอร์โมน และบิลิรูบิน เซลล์ HepG2 แสดงออกของไอโซฟอร์ม UGT หลายชนิด ทำให้สามารถศึกษาความสามารถในการเกิดกลูคูโรนิเดชันและผลกระทบต่อการกำจัดยา

กลูตาไธโอนเอส-ทรานส์เฟอเรส (GSTs) ทำหน้าที่เชื่อมต่อไตรเปปไทด์กลูตาไธโอนกับสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิลิก รวมถึงเมแทบอไลต์ที่มีปฏิกิริยาซึ่งเกิดจากการออกซิเดชันโดยเอนไซม์ CYP การแสดงออกของ GST ในเซลล์มะเร็งตับ (HCC) มีผลต่อความไวต่อยาเคมีบำบัดประเภทแอลคิลเลตและความเครียดออกซิเดชัน

ซัลโฟทรานสเฟอเรส (SULTs) เพิ่มหมู่ซัลเฟตให้กับสารประกอบฟีนอลิกและฮอร์โมนสเตียรอยด์ การเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของ SULT ใน HCC สามารถส่งผลต่อการเผาผลาญของยาที่ตอบสนองต่อฮอร์โมนและมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการส่งสัญญาณฮอร์โมนในมะเร็งตับ

การแสดงออกและการทำงานของตัวขนส่งยา

ตัวขนส่งยาในตับควบคุมการดูดซึมยาจากเลือดเข้าสู่เซลล์ตับ (hepatocytes) และการขับถ่ายยาออกจากตับผ่านน้ำดีหรือกลับเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต ตัวขนส่งยาที่แสดงออกในตับมีอิทธิพลอย่างมากต่อการสัมผัสยาในตับและการกำจัดยาออกจากร่างกาย

โพลีเปปไทด์ขนส่งแอนไอออนอินทรีย์ (OATPs) โดยเฉพาะ OATP1B1 และ OATP1B3 มีบทบาทในการดูดซึมยาหลายชนิดเข้าสู่ตับ รวมถึงกลุ่มสแตติน ยาปฏิชีวนะ และยาต้านมะเร็ง การเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของ OATP ในเซลล์ตับของมะเร็งตับชนิด hepatocellular carcinoma (HCC) ส่งผลต่อการสะสมของยาภายในเซลล์และประสิทธิภาพในการรักษา

ตัวขนส่งแบบ ATP-binding cassette (ABC) รวมถึง P-glycoprotein (P-gp/MDR1), MRP2 และ BCRP ทำหน้าที่สูบยาออกจากเซลล์ตับอย่างแข็งขัน การแสดงออกของตัวขนส่งเหล่านี้มากเกินไปในมะเร็งตับ (HCC) ส่งผลให้เกิดการดื้อยาหลายชนิดโดยลดความเข้มข้นของยาภายในเซลล์ให้ต่ำกว่าเกณฑ์การรักษา

ปั๊มส่งออกเกลือน้ำดี (BSEP/ABCB11) ทำหน้าที่ควบคุมการขับถ่ายกรดน้ำดีและยาบางชนิดผ่านทางน้ำดี การยับยั้ง BSEP โดยยาต่างๆ จะทำให้มีการสะสมของกรดน้ำดีและเกิดความเสียหายต่อตับแบบอุดตันทางเดินน้ำดี ส่งผลให้การตรวจวัด BSEP มีความสำคัญต่อการทำนายพิษต่อตับ

การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมที่เกี่ยวข้องกับมะเร็ง

เซลล์มะเร็งตับชนิดเซลล์ตับ (Hepatocellular carcinoma) แสดงการเปลี่ยนแปลงลักษณะเฉพาะในการแสดงออกของเอนไซม์เมแทบอลิซึมของยาเมื่อเทียบกับเซลล์ตับปกติ การเข้าใจการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำนายการตอบสนองต่อยาในบริบทของมะเร็งตับ

เอนไซม์ CYP หลายชนิดแสดงการลดลงของการแสดงออกในเนื้องอก HCC เมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อตับปกติโดยรอบ การลดลงนี้อาจทำให้การกระตุ้นของ prodrugs ที่ขึ้นอยู่กับ CYP ลดลง ในขณะเดียวกันอาจลดการขจัดสารพิษของสารที่มีพิษโดยตรง

ตัวรับนิวเคลียร์รวมถึง PXR, CAR (constitutive androstane receptor), และ AhR ควบคุมการแสดงออกของเอนไซม์เมแทบอลิซึมของยา การเปลี่ยนแปลงการส่งสัญญาณของตัวรับนิวเคลียร์ใน HCC ส่งผลต่อการแสดงออกของเอนไซม์พื้นฐานและความสามารถในการเหนี่ยวนำ ซึ่งปรับเปลี่ยนลักษณะทางฟีโนไทป์ของเมแทบอลิซึมของยา

ภาวะขาดออกซิเจน (Hypoxia) ซึ่งพบได้บ่อยในเนื้องอกชนิดแข็ง รวมถึงมะเร็งตับชนิดปฐมภูมิ (HCC) จะยับยั้งการแสดงออกของเอนไซม์ CYP ผ่านการส่งสัญญาณของ HIF-1α (hypoxia-inducible factor 1 alpha) การปรับโปรแกรมเมตาบอลิซึมใหม่ภายใต้ภาวะขาดออกซิเจนนี้สามารถสร้างจุดอ่อนในการรักษา ซึ่งสามารถถูกใช้ประโยชน์ได้โดยยาก่อนออกฤทธิ์ที่กระตุ้นด้วยภาวะขาดออกซิเจน (hypoxia-activated prodrugs)

การประเมินปฏิกิริยาระหว่างยา

ปฏิกิริยาระหว่างยา (DDIs) ที่เกิดจากการยับยั้งหรือการเหนี่ยวนำเอนไซม์เมตาบอลิซึมถือเป็นความกังวลทางคลินิกที่สำคัญ โดยเฉพาะในผู้ป่วย HCC ที่ได้รับยาหลายชนิดพร้อมกัน แบบจำลองเซลล์ HCC ช่วยให้สามารถทำนายปฏิกิริยาระหว่างยาได้อย่างเป็นระบบ

การทดสอบการยับยั้ง CYP โดยใช้สารตั้งต้นที่เป็นโพรบเฉพาะสำหรับไอโซฟอร์ม CYP แต่ละชนิด สามารถระบุสารที่ขัดขวางการเผาผลาญยาได้ การยับยั้งแบบแข่งขันและแบบอิงกลไกสามารถแยกแยะได้ผ่านโปรโตคอลการบ่มล่วงหน้าและการวิเคราะห์จลนพลศาสตร์

การศึกษาการเหนี่ยวนำเอนไซม์ประเมินว่าสารทดสอบเพิ่มการแสดงออกของ CYP ผ่านการกระตุ้นตัวรับนิวเคลียร์หรือไม่ การวัดปริมาณ qRT-PCR ของระดับ mRNA ของ CYP และการวิเคราะห์ Western blot ของการแสดงออกของโปรตีนช่วยเสริมการวัดกิจกรรม

ความเกี่ยวข้องทางคลินิกของผลการศึกษายาปฏิชีวนะร่วมกันในหลอดทดลอง (in vitro DDI) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของยาที่สามารถบรรลุได้ การสร้างแบบจำลองเภสัชจลนศาสตร์ที่มีพื้นฐานทางสรีรวิทยา (PBPK) ผสานข้อมูลการเผาผลาญในหลอดทดลองกับพารามิเตอร์เภสัชจลนศาสตร์เพื่อทำนายขนาดของยาปฏิชีวนะร่วมกันทางคลินิก

ผลิตภัณฑ์ที่แนะนำสำหรับการวิจัยการเมแทบอลิซึมของยา:

• เซลล์ HepG2 (300198)- โมเดลมะเร็งตับชั้นนำสำหรับการศึกษาการเผาผลาญยา
• SK-HEP-1 Cells (300334)- มะเร็งตับที่มีลักษณะของเซลล์เยื่อบุหลอดเลือด
• DMEM น้ำตาลกลูโคสสูง (820300a)- สารอาหารมาตรฐานสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์
• น้ำยาแช่แข็ง CM-ACF (800650)- น้ำยาสำหรับการแช่แข็ง