在PhysioMimix LC12肝微生理系统和96孔板中，对物种特异性肝细胞功能及药物效应的比较分析

《ACS Pharmacology & Translational Science》：Comparative Analysis of Species-Specific Hepatocyte Function and Drug Effects in a Liver Microphysiological System PhysioMimix LC12 and 96-Well Plates

本研究通过比较微流控肝系统（PhysioMimix LC12 MPS）与传统2D培养，评估跨物种肝毒性差异。使用人类、猴、大鼠及犬源肝细胞，在两种模型中测试氯丙嗪、波生坦和氟尿嘧啶的毒性效应。结果显示，MPS在长期培养中维持肝细胞功能更稳定（如白蛋白分泌），且能更灵敏地检测累积毒性（如氟尿嘧啶对狗肝细胞的延迟损伤）。转录组分析表明物种特异性响应与胆汁酸代谢、转运蛋白抑制相关，且MPS能更好保留药物代谢酶基因表达。但MPS存在高通量不足、细胞覆盖率随时间下降等问题，需结合2D模型优化实验设计。研究为DILI预测提供了跨物种、多模型的参考依据。

　　药物诱导的肝损伤（DILI）在药物研发过程中仍是一个重大挑战，不同物种间的肝毒性差异也给预临床安全性研究设计带来了难题。本文探讨了使用基于灌注的PhysioMimix LC12微生理系统（MPS）进行跨物种肝毒性研究的潜力，并将其与传统的二维（2D）培养模型进行了比较。研究中使用了来自人类、猴、大鼠和狗的原代肝细胞，并在PhysioMimix LC12和2D培养条件下评估了它们的功能、表型和转录组特征。此外，还测试了三种已知的肝毒性药物：博赛坦（BOS）、菲阿拉比啶（FIAU）和氯丙嗪（CPZ），以探索其在不同物种中的毒性表现。

在功能和表型评估方面，PhysioMimix LC12中的肝细胞表现出比2D培养更高的稳定性，特别是在白蛋白和尿素的分泌方面。这些功能标记物在所有物种中都显示出随时间下降的趋势，但PhysioMimix LC12中的下降幅度相对较小。尽管如此，模型中仍存在一些局限性，例如实验的可重复性和较低的通量。研究还发现，不同物种对药物的反应存在显著差异，这表明在药物研发过程中，使用跨物种模型对于更准确地预测人类安全性至关重要。

在转录组分析中，研究发现所有物种的肝细胞在14天内都保持了大部分基因的表达水平，但某些基因如CYP2A6、CYP2B6、CYP2C8和CYP2E1的表达量显著降低。这可能与特定代谢通路的调节有关。此外，药物对基因表达的影响也因物种而异，CPZ和BOS对人类肝细胞的影响最为显著，而FIAU则主要影响人类和狗的肝细胞。这些结果表明，MPS模型在捕捉跨物种的肝毒性反应方面具有重要价值。

在评估药物毒性时，研究显示CPZ、BOS和FIAU在PhysioMimix LC12中表现出比2D培养更显著的毒性效应。尤其是在FIAU的长期重复剂量实验中，MPS模型能够检测到人类和狗肝细胞中因药物引起的合成功能下降，这在2D模型中并未被观察到。这一发现强调了MPS模型在研究复杂毒性机制方面的优势，尤其是在评估与线粒体功能相关的药物毒性时。

研究还指出，尽管MPS模型在长期培养中表现出较好的功能稳定性，但其较低的通量和较高的实验成本仍然是实际应用中的挑战。因此，建议采用分层策略，在预临床研究初期使用高通量的2D模型进行初步筛选，随后在MPS模型中进行更深入的分析。这样可以有效平衡实验的效率和深度，同时减少对动物实验的依赖。

研究结果支持了MPS作为药物安全评估工具的潜力，尤其是在需要长期观察和跨物种比较的场景中。此外，结合多种生物标志物（如细胞功能指标和临床肝损伤标志物）以及转录组数据，能够提供更全面的毒性评估信息。这不仅有助于识别潜在的肝毒性药物，还能揭示不同物种对药物的反应机制，从而提高预临床研究的预测能力和可靠性。

最后，研究强调了跨物种肝细胞模型在药物研发中的重要性，并指出未来的研究应进一步探索这些模型在预测人类肝毒性方面的潜力。通过结合MPS模型和2D培养方法，可以构建一个更加全面和高效的药物安全性评估体系，为药物开发和监管提供更可靠的科学依据。