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为解决现有体外评估药物小肠药代动力学模型的问题，研究人员开展人诱导多能干细胞（iPS）源肠上皮样细胞（ELCs）气液界面（ALI）培养研究。结果显示 ALI 培养虽增强基因表达，但部分酶活性降低。这为优化模型提供方向，助力药物研发。
在药物研发的征程中，口服药物的命运在小肠内被改写。小肠作为药物吸收、代谢和排泄的关键场所，其相关反应对药物的药代动力学起着决定性作用。然而，当前药物研发所依赖的体外评估模型却问题重重。实验动物的小肠组织存在物种差异，无法精准模拟人类小肠的真实情况；而源自人结肠癌细胞的 Caco-2 细胞，与人类小肠上皮细胞相比，药物代谢酶（如细胞色素 P450 3A4，CYP3A4）的表达水平更是大打折扣。这些问题就像一道道屏障，阻碍着药物研发的进程，让精准评估药物在人体小肠内的药代动力学变得困难重重。
为了冲破这些阻碍，大阪大学的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们将目光聚焦在人诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPS）源肠上皮样细胞（enterocyte-like cells，ELCs）上，此前已成功开发出功能性单层平台（ELC-org-mono），如今进一步探索气液界面（air–liquid interface，ALI）培养对其的影响。研究发现，ALI 培养让细胞层变厚，促进了杯状细胞的发育，还增强了许多药物代谢酶、药物转运体以及肠道分化标志物的基因表达水平。但令人意外的是，CYP3A4 的活性不升反降，糖酵解能力也有所下降。这一研究成果发表在《European Journal of Cell Biology》上，为优化体外药代动力学模型提供了重要方向，对推动药物研发有着不可忽视的意义。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 qRT-PCR 技术，用于分析基因表达水平，通过检测特定基因的 mRNA 含量，了解不同条件下基因的表达变化；其次是免疫染色技术，能直观观察细胞内特定蛋白质的表达和定位情况，从而判断细胞类型和结构的变化；RNA-seq 分析则从整体基因层面出发，全面揭示基因表达的改变，深入探究细胞的生物学过程变化 。
研究结果
- 形态学变化：通过相差显微镜和电子显微镜观察发现，ALI 培养未改变单层细胞的形态，但细胞轮廓更清晰，单层厚度从正常培养的 8 - 9μm 增加到 10 - 11μm，且两种培养系统中都存在微绒毛结构，表明 ALI 培养使细胞层变厚。
- 细胞类型变化：免疫染色结果显示，内分泌细胞（嗜铬粒蛋白 A，CHGA）和杯状细胞（粘蛋白 2，MUC2）的比例无明显变化，但杯状细胞显著发育，高度从正常培养的约 10μm 增至 ALI 培养的约 20μm，MUC2 染色强度增强。
- 基因表达变化：qRT-PCR 分析表明，ALI 培养增强了主要药物转运体（多药耐药蛋白 1，MDR1；乳腺癌耐药蛋白，BCRP；肽转运体 1，PEPT1）、主要药物代谢酶（CYP3A4、CYP1A1、CYP2C9、CYP2C19、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶 1A1，UGT1A1；羧酸酯酶 1，CES1；CES2）以及分化的肠道标志物（尾型同源盒 2，CDX2；绒毛蛋白，VIL；MUC2；溶菌酶，LYZ；富含亮氨酸重复序列的 G 蛋白偶联受体 5，LGR5）的基因表达水平，使相关基因表达谱更接近成人小肠。
- 药代动力学功能变化：测量发现，ALI 培养提高了跨上皮电阻（TEER）值，但降低了 CYP3A4 活性，尽管其基因表达增强；P - 糖蛋白（P - gp）活性在两种培养系统中相当，说明 ALI 培养对 ELC - org - mono 的药物代谢能力有负面影响。
- RNA - seq 分析结果：对差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）进行 RNA - seq 分析和 GO 富集分析，发现 ALI 培养上调的基因大多与代谢过程相关，而下调的基因都与糖酵解有关，表明 ALI 培养改善了代谢功能，但改变了能量产生模式，糖酵解功能受损。
- 代谢途径变化：通过测量细胞内 ATP 和细胞外乳酸含量评估代谢途径，结果显示 ALI 培养降低了细胞内 ATP 含量和糖酵解能力，且 ELC - org - mono 在很大程度上不依赖糖酵解系统，无论培养条件如何。
研究结论与讨论
本研究将 ALI 培养应用于 ELC - org - mono，虽增强了许多基因的表达，加厚了细胞层，但 CYP3A4 活性未增强，且糖酵解能力下降。这表明 ALI 培养对肠道上皮细胞有复杂影响。研究人员分析认为，细胞营养条件、培养时间、培养基成分以及 CYP3A4 本身的活性基础等因素，都可能导致实验结果与预期不符。后续需要针对这些因素进行优化，完善 ALI 培养方法，以构建更高效的人 iPS 细胞源肠上皮样细胞单层平台，为药物研发中的药代动力学研究提供更可靠的模型，推动精准药物研发的发展，让未来的药物能更安全、有效地为人类健康服务。
