基于人源四细胞肝芯片模型评估大麻二酚等四种大麻素肝毒性的创新研究

本研究针对日益普及的工业大麻制品中主要活性成分的肝毒性问题，创新性地采用Emulate Quad-Culture Liver-Chip人源四细胞肝芯片模型，系统评估了CBD、CBN、CBG和CBC四种大麻素的肝毒性特征。研究发现CBG肝毒性最低，CBD和CBN在高剂量时显现毒性，而CBC表现出最显著的肝损伤效应，为相关产品的安全使用提供了重要科学依据。

　　

随着工业大麻(Cannabis sativa L.)衍生产品在医疗和消费领域的广泛应用，其活性成分的安全性评估成为亟待解决的科学问题。虽然大麻二酚(CBD)作为抗癫痫药物Epidiolex?的肝毒性已有报道，但其他主要大麻素如大麻酚(CBN)、大麻色烯(CBC)和大麻萜酚(CBG)的肝毒性特征仍不明确。传统动物模型因种属差异难以准确预测人体反应，而常规体外培养又缺乏肝脏微环境的复杂性，这给大麻素产品的安全性评价带来了重大挑战。

Herbalife International of America Inc.与Emulate Inc.的研究团队创新性地采用人源四细胞肝芯片(Quad-Culture Liver-Chip)模型，对四种大麻素进行了系统性的肝毒性评估。该研究不仅揭示了不同大麻素的特异性毒性特征，还阐明了其潜在作用机制，相关成果发表在《Scientific Reports》上。这项研究为替代动物实验的新方法学提供了重要范例，也为监管机构制定大麻素产品安全标准提供了关键数据支持。

研究人员采用的主要技术方法包括：(1)构建包含肝细胞、肝窦内皮细胞(LSECs)、库普弗细胞和星状细胞的人源四细胞肝芯片模型；(2)通过LC-MS分析解决聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料对疏水性大麻素的吸附问题；(3)连续7天给药并监测多种毒性标志物；(4)结合形态学观察、肝功能指标(白蛋白、ALT、AST、LDH)检测和炎症因子分析；(5)采用CellROX和MitoTracker活细胞成像评估氧化应激和线粒体功能。

评估大麻素-芯片相互作用和暴露剂量确认

研究发现PDMS材料对疏水性大麻素有显著吸附作用，CBD和CBN在芯片系统中的回收率仅20-30%。通过LC-MS分析校正后，最终测试浓度调整为0.24、3和4.7μM，确保准确的细胞暴露剂量。这一发现对后续类大麻素化合物的芯片实验设计具有重要指导意义。

评估大麻素肝毒性的剂量反应关系

形态学观察显示，4.7μM CBD在第7天引起肝细胞轻微毒性，而CBC在3μM时即导致中度毒性，呈现明显的剂量和时间依赖性。肝细胞功能评估发现，4.7μM CBD引起乳酸脱氢酶(LDH)释放增加，而CBC处理组则表现出更显著的白蛋白分泌减少和AST升高。特别值得注意的是，4.7μM CBD还触发了IL-6、IL-8和MCP-1等促炎因子的释放。

氧化应激

活细胞成像显示，CBC处理引起剂量依赖性的活性氧(ROS)积累，而CBD、CBN和CBG对肝细胞ROS水平影响较小。但出人意料的是，所有大麻素都导致非实质细胞(NPCs)的ROS水平升高，提示不同细胞类型对大麻素的氧化应激反应存在差异。

线粒体功能

线粒体功能检测发现，CBN和CBC引起肝细胞线粒体功能剂量依赖性下降，而CBD和CBG影响较小。在NPCs中，除CBD外，其他三种大麻素均导致线粒体功能受损，其中CBC的影响最为显著。

研究结论部分明确指出，CBG表现出最低的肝毒性潜力，而CBC在测试的大麻素中肝毒性最强。CBD和CBN在高剂量(4.7μM)和长期暴露时开始显现毒性迹象，表现为形态学改变、促炎因子释放和LDH泄漏。特别值得注意的是，不同大麻素通过不同机制引发肝损伤：CBD主要通过炎症反应，CBC则同时涉及氧化应激、线粒体功能障碍和细胞直接毒性等多重途径。

这项研究的重要意义在于：(1)首次系统比较了四种主要大麻素的肝毒性特征，填补了CBN、CBG和CBC安全性数据的空白；(2)验证了肝芯片模型在药物性肝损伤(DILI)评估中的可靠性，其成功预测了已知肝毒素对乙酰氨基酚(APAP)的毒性特征；(3)揭示了不同大麻素的特异性毒性机制，为开发更安全的大麻素配方提供了科学依据；(4)建立了解决疏水性化合物在PDMS芯片中吸附问题的标准化方法，对后续类似研究具有重要参考价值。这些发现不仅对监管机构制定大麻素产品安全标准具有指导意义，也为开发肝保护策略提供了新思路。