营养环境优化提升人源iPSC衍生肝细胞与HepG2细胞的药物代谢活性

本研究针对诱导多能干细胞(iPSC)衍生肝细胞(HLCs)代谢功能不足的瓶颈问题，通过改良营养方案开发了代谢活性增强的HepG2(mHepG2)和HLCs模型。采用多组学联用技术(转录组、蛋白质组、代谢组)系统评估了11种CYP450同工酶活性，结合LC-MS代谢组学揭示了mHepG2具有8种CYP代谢活性，HLCs展现最广谱的CYP转录表达。该研究为个性化药物代谢研究提供了新型高效工具，发表于毒理学权威期刊《Archives of Toxicology》。

　　

肝脏作为人体最重要的代谢器官，其药物代谢能力的体外模拟一直是生物医学研究的重大挑战。传统使用的肝癌细胞系HepG2因代谢酶表达不足饱受诟病，而原代肝细胞又存在来源有限、易去分化等缺陷。随着干细胞技术的发展，人诱导多能干细胞(iPSC)衍生的肝细胞样细胞(HLCs)为疾病建模和药物测试带来了新希望，但如何获得代谢功能成熟的细胞仍是未解难题。

荷兰阿姆斯特丹自由大学(Vrije Universiteit Amsterdam)的研究团队在《Archives of Toxicology》发表创新性研究，通过改良营养环境成功提升了两种肝细胞模型的代谢能力。研究人员采用氨基酸富集培养基培养方案，分别对iPSC分化44天的HLCs和HepG2细胞(称为mHepG2)进行代谢激活，随后通过多组学技术系统评估了11种药物代谢关键酶——细胞色素P450(CYP)家族成员的活性特征。

研究主要采用三大关键技术：qPCR检测CYP转录水平、靶向蛋白质组定量代谢酶表达、以及LC-MS代谢组学动态追踪10种模型药物(如丁丙诺啡、双氯芬酸等)的代谢转化过程。其中LC-MS方法同时监测了细胞内外的32种代谢产物，并用人肝微粒体(HLMs)作为金标准对照。

营养调控显著增强CYP表达谱

转录组分析显示，经氨基酸富集培养的day44 HLCs具有最广谱的CYP基因表达，覆盖除CYP1A2外的所有测试同工酶。而mHepG2则展现出8种CYP的协同表达，远超普通HepG2仅有的3种基础表达。蛋白质组数据进一步证实，mHepG2中CYP3A4等关键代谢酶含量提升4倍，与HepaRG细胞系相当。

代谢功能实现突破性提升

通过模型药物代谢实验发现，mHepG2可催化8种CYP特异性反应，包括CYP2E1介导的氯唑沙宗羟基化等传统HepG2无法完成的代谢路径。day44 HLCs则表现出6种CYP活性，尤其在CYP3A4介导的咪达唑仑代谢中显示出与HepaRG相当的效率。值得注意的是，两种改良模型均检测到UGT和SULT介导的II相代谢产物，如苯并达明葡萄糖醛酸苷等。

创新模型的应用优势

研究首次证实营养调控可系统性激活肝细胞的代谢网络：mHepG2凭借高代谢覆盖度成为理想的药物筛选平台，而HLCs则因其个体化来源特性在精准医疗中更具潜力。通过开发的LC-MS代谢组学工作流程，不仅能监测常规代谢产物，还可捕捉双氯芬酸醌亚胺等毒性中间体，为药物肝毒性预测提供新工具。

该研究突破了肝细胞体外代谢模型的瓶颈，为药物开发中的代谢研究和毒性评估提供了双重解决方案。特别是mHepG2模型通过简单培养方案实现代谢功能飞跃，具有大规模应用的可行性。未来结合患者特异性iPSC来源的HLCs，将推动个性化用药和疾病建模领域的创新发展。