利用人源化小鼠定量预测CYP2C9介导的药物处置

本研究针对低清除率化合物体内代谢分数(fm)和药物相互作用(DDI)强度预测的难题，通过人源化小鼠(hu-PXB mice)模型，成功实现了对CYP2C9介导的药物处置的定量预测。研究结果表明，hu-PXB小鼠能准确预测CYP2C9底物的清除率和DDI强度，为药物研发提供了可靠的临床前模型。

　　

在药物研发的长河中，准确预测新药在人体内的代谢命运一直是科学家们面临的巨大挑战。尤其是对于那些在体内清除缓慢的化合物，想要精确估算出它们有多少比例是通过特定代谢酶（如CYP2C9）被处理掉的（即分数代谢，f_m），以及当与其他药物合用时相互影响的强度（即药物相互作用，DDI），更是难上加难。传统的体外实验方法，比如使用人肝细胞进行培养，往往力有不逮，要么高估了代谢贡献，要么因为药物代谢得太慢而根本无法计算出结果。这种预测的不确定性，如同迷雾一般笼罩着药物研发的进程，直接影响着后续临床试验的剂量设计和安全性评估。

为了拨开这层迷雾，来自中外制药株式会社（Chugai Pharmaceutical Co., Ltd.）的研究团队将目光投向了一种先进的动物模型——人源化小鼠。这种名为hu-PXB的小鼠，其特别之处在于它被移植了人源的肝细胞，从而拥有了“人类化”的肝脏代谢能力。研究人员设想，或许可以利用这种“披着鼠皮的人肝”来更真实地模拟和预测药物在人体内的代谢行为，特别是针对CYP2C9这种重要的药物代谢酶。CYP2C9是肝脏中含量丰富的酶，负责代谢许多常用药物，其活性个体差异大，且容易受到其他药物的抑制，因此准确预测其介导的DDI至关重要。这项研究成果发表在专业期刊《Drug Metabolism and Disposition》上，为低清除率化合物的药代动力学评估提供了新的解决方案。

为验证hu-PXB小鼠的预测能力，研究人员主要采用了以下几项关键技术方法：首先，他们利用来自人供体的原代肝细胞进行体外代谢实验，评估三种经典CYP2C9底物（苯妥英、甲苯磺丁脲、华法林）的代谢情况。其次，他们分别在hu-PXB小鼠和普通SCID小鼠身上进行体内药代动力学实验，通过静脉给药并合用或不合用CYP2C9抑制剂（磺胺苯吡唑或替尼酸），精密监测药物及其代谢物在血液中的浓度随时间的变化。此外，研究还采用了LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）进行高灵敏度的生物样品分析，并运用生理药代动力学（PBPK）模型中的分散模型来计算肝脏固有清除率（CL_h,int）等关键参数。所有动物实验均遵循ARRIVE指南和机构动物伦理委员会的规定。

体外研究使用冷冻保存的人肝细胞

研究人员首先在体外环境下，使用冷冻保存的人肝细胞对三种CYP2C9底物药物（苯妥英、甲苯磺丁脲、华法林）的代谢情况进行了评估。结果发现，CYP2C9抑制剂磺胺苯吡唑能够有效抑制苯妥英和甲苯磺丁脲的代谢及其代谢物的生成。根据抑制前后肝固有清除率的变化计算，苯妥英和甲苯磺丁脲的体外f_m,CYP2C9（CYP2C9代谢分数）被估计为100%。然而，华法林在 incubation 期间代谢降解极少（120分钟内浓度下降不足10%），虽然其代谢物7-羟基华法林的生成能被磺胺苯吡唑几乎完全抑制，但由于母药清除率太低，无法可靠地计算出其体外f_m,CYP2C9值。这一结果初步揭示了体外系统在评估低清除率化合物时的局限性。

体内研究使用hu-PXB小鼠和SCID小鼠

接着，研究进入了核心的体内验证阶段。研究人员分别在hu-PXB小鼠（拥有人源化肝脏）和SCID小鼠（免疫缺陷小鼠，作为对照）身上，观察了三种底物药物在合用或不合用CYP2C9抑制剂后的药代动力学行为。

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  对于苯妥英，合用磺胺苯吡唑后，其在hu-PXB小鼠体内的总清除率（CL_total）显著降低了59%，而其代谢物4‘-HPPH的血药浓度-时间曲线下面积（AUC）与母药的比值也大幅下降。相比之下，在SCID小鼠中，CL_total仅降低20%，代谢物比值变化也不如hu-PXB小鼠明显。
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  对于甲苯磺丁脲，在hu-PXB小鼠中，合用抑制剂使其CL_total降低了61%，代谢物（4-羧基甲苯磺丁脲和4-羟基甲苯磺丁脲）的AUC比值也显著降低。然而，在SCID小鼠中却出现了令人意外的结果：合用抑制剂后，甲苯磺丁脲的CL_total反而增加了40%，代谢物比值变化也不显著。研究人员分析认为，这可能是由于磺胺苯吡唑影响了甲苯磺丁脲在SCID小鼠体内的血浆蛋白结合率（f_up）所致，而非真正影响其代谢。
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  对于华法林，研究人员使用了另一种CYP2C9抑制剂替尼酸。无论是单次给药还是重复给药方案，替尼酸都能使华法林在hu-PXB小鼠中的CL_total降低约37%-45%，并显著降低其代谢物7-羟基华法林的AUC比值。而在SCID小鼠中，替尼酸对华法林的清除率几乎没有影响（仅降低5%），代谢物比值也无变化。

这些体内实验结果清晰地表明，hu-PXB小鼠能够灵敏地反映出CYP2C9抑制剂对底物药物代谢的抑制作用，而SCID小鼠则由于物种差异，其反应与人类相差甚远。

验证外推至人体药代动力学的准确性

为了最终证明hu-PXB小鼠的预测价值，研究人员将小鼠实验数据与从文献和数据库（如DIDB）中收集的临床数据进行了直接比较。

在药物相互作用（DDI）预测方面，hu-PXB小鼠预测的三种药物清除率变化（苯妥英-59%、甲苯磺丁脲-61%、华法林-45%）与临床观察值高度吻合，预测误差在15%以内。相应的AUC比值（抑制剂存在下/不存在下）也与临床值接近。而SCID小鼠的预测结果则与临床数据严重不符，甚至出现相反的趋势。

在清除率预测方面，研究人员比较了人、hu-PXB小鼠和SCID小鼠的肝固有清除率（CL_h,int）。当将数据按每克肝脏重量或按每克肝脏中的人肝细胞数量进行标准化后，发现hu-PXB小鼠的CL_h,int值与人类的相关性远优于SCID小鼠。对于所有三种CYP2C9底物药物，hu-PXB小鼠均能在2倍误差范围内准确预测人类的CL_h,int值，而SCID小鼠仅对甲苯磺丁脲一种药物达到了相近的预测精度。

讨论与结论

本研究系统地评估了人源化hu-PXB小鼠在预测CYP2C9介导的药物处置方面的能力。研究结果有力地证实，hu-PXB小鼠是一个高度可靠的临床前模型，能够精准定量预测低清除率CYP2C9底物药物在人体内的清除率和药物相互作用（DDI）强度。其预测DDI幅度的准确性在临床值的15%以内，预测清除率则在2倍误差范围内。

这项研究的重要意义在于它成功解决了当前药物代谢研究中的一个痛点：即传统体外方法难以准确评估低清除率化合物的f_m和DDI潜力。hu-PXB小鼠模型有效地弥补了这一缺口，它提供了一个更接近人体生理环境的“活体”系统，能够更全面地模拟药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，尤其是包含了肝脏代谢、胆汁排泄等复杂环节。相比之下，普通小鼠（如SCID小鼠）由于CYP酶系（如cyp2c）与人类存在显著的物种差异，其预测价值有限。

该模型的应用前景广阔。根据ICH M12指南，当预计某个酶或转运体对药物的消除贡献≥25%时，就需要进行临床DDI研究。hu-PXB小鼠可以帮助更准确地估算这个贡献率，从而为是否豁免（waive）某些临床DDI研究提供有力的实验依据，节省研发成本和时间。此外，该模型还能用于研究CYP2C9基因多态性对药物代谢的影响，以及支持更可靠的生理药代动力学（PBPK）模型构建，最终提高药物研发的成功率。

综上所述，Yuito Fujita、Taiji Miyake等研究者的这项工作，成功地利用人源化小鼠模型，为精准预测CYP2C9介导的药物代谢和相互作用开辟了一条新的途径，对药物发现和开发具有重要的推动作用和临床指导价值。