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为解决动物实验局限性，研究人员评估人鼠肾脏近端小管体外模型，为毒性研究选模提供参考。
在日常生活中，我们时刻接触着各种各样的化学物质，从工业产品到食品添加剂，这些物质进入人体后会发生什么，是否会对我们的身体造成危害？肾脏在其中扮演着重要角色，它是化学物质及其代谢产物排出体外的主要器官，而肾脏近端小管更是外源性物质重吸收、分泌和代谢的关键部位。目前，毒性研究多依赖动物实验，但动物与人在转运体和代谢酶等方面存在差异，这不仅影响风险评估的准确性，还引发了伦理问题。因此，开发替代动物实验的新方法至关重要。
来自荷兰阿姆斯特丹自由大学等机构的研究人员开展了相关研究，他们对现有的人类和大鼠肾脏近端小管体外模型进行综述，评估这些模型中转运体和代谢酶的表达水平、功能以及不同培养条件对其的影响。该研究成果发表在《Archives of Toxicology》上。
研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。在细胞培养方面，使用了多种细胞系如 HK - 2、ciPTEC、RPTEC/TERT1 等，同时也培养了原代细胞和 iPSC 衍生细胞。通过 mRNA 和蛋白质检测技术，分析基因和蛋白表达水平；利用功能检测实验，如荧光底物运输实验、代谢酶活性检测等，评估转运体和代谢酶的功能。此外，还使用微生理系统（MPS）模拟体内环境进行研究。
研究结果如下：
- 可用的体外系统：
- 亚细胞组分：肾脏亚细胞组分（如 S9、微粒体和胞质组分）可用于研究物种特异性肾脏代谢，其中微粒体含细胞色素 P450（CYP）和 UDP - 葡萄糖醛酸基转移酶（UGT）等，胞质组分含谷胱甘肽 - S - 转移酶（GST）和磺基转移酶（SULT）等。
- 细胞系：常用的人近端小管细胞系各有特点，如 HK - 2 细胞具有癌细胞表型，ciPTEC 可通过温度调控增殖和分化，RPTEC/TERT1 细胞具有正常核型和多种近端小管功能。大鼠肾细胞系 NRK - 52E 在毒理学评估中广泛应用，但存在一些问题，如某些紧密连接蛋白表达缺失。
- 原代细胞和 iPSC 衍生细胞：原代人肾近端小管上皮细胞（hPTEC）和大鼠肾近端小管上皮细胞（rPTEC）具有已分化的表型，但存在来源有限等缺点。iPSC 衍生的近端小管模型具有遗传多样性等优势，且在不断发展，不过目前在 ADME 和毒性研究中仍面临一些挑战。
- 微生理系统：微流体肾芯片模型通过施加流体剪切应力，更好地模拟体内环境，包括水凝胶平台、膜结合模型和多组织系统。这些模型可用于研究细胞行为、物质转运和代谢，以及多组织相互作用。
- 转运研究：
- 转运机制：近端小管通过多种转运体进行物质转运，包括 ATP 结合盒（ABC）转运体和溶质载体家族（SLC）转运体。化学物质可通过被动扩散和主动转运进入细胞，多种转运体参与其中，且部分转运体底物重叠。
- 不同模型的转运功能：人肾细胞系统在转运体表达和功能上差异较大，如 HK - 2 细胞某些转运体 mRNA 表达有限，而 RPTEC/TERT1 细胞表达多种转运体且部分具有功能。iPSC 衍生模型也显示出一定的转运功能，但存在个体差异。大鼠肾体外模型数据相对有限，且质量低于人肾体外系统。
- MPS 对转运的影响：在 MPS 中，不同细胞系和模型的转运功能变化不同，部分转运体的 mRNA 表达和功能在 MPS 中有所改变。
- 代谢研究：
- 代谢过程：外源性物质在体内经历生物转化，包括 I 相代谢（如 CYP 酶催化的氧化等反应）和 II 相代谢（如 UGT、GST 和 SULT 酶催化的结合反应），以促进其排泄，但有时也会导致生物活化产生毒性代谢物。
- 不同模型的代谢酶表达和功能：人肾体外系统中，亚细胞组分表达多种功能性 CYP 酶，细胞系中 CYPs 表达和功能各异，hPTEC 的 CYP 活性存在个体差异。II 相代谢酶在不同模型中的表达和功能也有所不同，且存在物种差异和性别差异。
- MPS 中的代谢研究：目前肾近端小管细胞在 MPS 中的代谢研究较少，已有研究表明部分代谢酶在 MPS 中的表达和功能与静态培养不同。
- 物种差异：人和大鼠在转运体和代谢酶方面存在显著差异，这影响药物处置和肾毒性。例如，一些转运体在大鼠中的表达水平高于人类，而某些 CYP 酶在两者中的主要形式不同。性别差异也对代谢酶和转运体蛋白丰度产生影响。
研究结论和讨论部分指出，目前尚无单一模型能完全模拟人体体内情况，但不同模型在研究肾转运和代谢功能方面各有优势。肾亚细胞组分是研究化合物代谢的良好起点，细胞模型可同时研究 I 相和 II 相酶。对于肾转运研究，细胞系统更为合适，且先进的培养条件如滤膜插入培养和 MPS 培养更具生理相关性。肾脏类器官和共培养系统虽有潜力，但仍面临一些挑战。未来，需进一步优化培养方法和细胞模型，以更好地应用于 ADME 研究和风险评估，为保障人类健康提供有力支持。
