综述：细胞通透性分析技术的进展

本综述系统评述了从传统Caco-2细胞模型到新兴器官芯片等细胞通透性分析技术的突破性进展，重点探讨了各类模型在模拟肠道屏障、预测药物吸收及评估跨膜转运（如P-gp介导的主动运输）方面的优劣，为药物开发中渗透性研究提供了关键方法论参考。

　　

2. 细胞通透性分析技术

2.1. Caco-2细胞系

2.1.1. 基本特性

Caco-2细胞系源自人结肠腺癌细胞，在特定培养条件下可分化为具有刷状缘的并置细胞单层，其特性与小肠上皮细胞高度相似。该模型能表达膜肽酶、重要膜转运蛋白（如胰岛素转运体）、维生素D转运体、小肠双糖酶以及外排蛋白，是理想的人工生理环境模拟系统。其核心特征包括：人结直肠腺癌来源、21天分化周期、极化细胞形态（顶面形成刷状缘和紧密连接）、跨上皮电阻（TEER>300Ω）以及多种消化酶和转运蛋白的表达。

2.1.2. Caco-2细胞培养

细胞在标准培养条件下需21-29天完成分化，经历三个形态阶段：均一未分化期（亚汇合期刷状缘发育）、异极性极化期（5-20天 post-confluence，微绒毛延长、紧密连接形成）和均一极化分化期（30天 post-confluence，形成典型肠上皮细胞形态）。Transwell滤膜支持物（聚碳酸酯、聚酯等材质）是形成分化单层的常用载体，其孔径和表面积需根据实验需求调整。

2.1.3. 通透性评估方法

单层完整性主要通过TEER测量（Millicell电压计）判定，合格标准为≥300Ω。其他方法包括扫描电镜观察微绒毛和上皮连接、荧光标记物（如甘露醇）跨膜通量检测以及刷状缘标志酶（碱性磷酸酶等）活性测定。

2.1.4. 应用与局限性

Caco-2模型广泛应用于肠道代谢、吸收、屏障功能及免疫研究，尤其擅长模拟体内外肠道通透性的比较。药物吸收机制包括被动跨细胞/细胞旁运输、载体介导主动运输和转胞作用。但该模型存在培养周期长、缺乏黏液层、细胞类型单一等缺陷，需通过共培养（如HT29-MTX）或纳米纤维支架等技术优化。

2.2. 平行人工膜通透性 assay（PAMPA）

PAMPA是一种无细胞高通量筛选模型，通过磷脂涂层滤膜模拟生物膜结构。其优势在于成本低、速度快（4小时完成检测），尤其适合脂溶性化合物的被动通透性评估。但无法模拟主动运输和细胞旁途径，且对亲水性化合物预测能力有限。改进版Double Sink PAMPA提高了与人体数据的相关性。

2.3. Madin-Darby犬肾细胞（MDCK）

MDCK细胞生长快速（3-4天形成单层），常用于被动通透性研究。MDCK-MDR1株可高表达P-糖蛋白（P-gp），用于外排转运评估。但犬源细胞与人类转运蛋白存在种属差异，且单层通透性受培养条件和传代次数影响。

2.4. 大鼠外翻肠囊模型

该ex vivo模型利用大鼠小肠段模拟真实肠道环境，可研究药物转运与代谢。虽能提供近生理条件数据，但存在动物伦理问题、样本变异性大且操作复杂性较高。

2.5. Caco-2/HT29共培养模型

通过Caco-2与黏液分泌细胞HT29-MTX共培养，形成更真实的肠道屏障（含黏液层）。该模型改善了对黏液相互作用药物的吸收预测，但需优化细胞比例培养条件以控制单层通透性。

2.6. 猪细胞模型

猪源细胞（如LLC-PK1肾细胞、IPEC-J2肠细胞）因与人类生理相似度高而被采用。IPEC-J2细胞非肿瘤源性，可表达黏蛋白和细胞因子，培养周期短（1-2周），且能形成紧密单层，适用于宿主-病原体互作研究。

3. 技术对比与创新模型

3.1. Caco-2 vs PAMPA

Caco-2在模拟复杂生理环境方面更优，但PAMPA在脂溶性化合物高通量筛选中具显著效率优势。两者在被动跨细胞运输药物数据上相关性高，但亲水性药物需谨慎选择模型。

3.2. 三维模型进展

诱导多能干细胞（iPSC）分化的细胞模型（如血脑屏障内皮细胞）提供人源化研究平台。器官芯片（OOC）通过微流体技术模拟动态微环境，实现多器官互作研究。细胞球体（Spheroid）三维培养更好地模拟组织架构和药物渗透梯度。

4. 结论

细胞通透性分析技术从传统单层培养发展到多细胞、动态生理模拟系统。选择方法需综合考虑化合物特性、运输机制及资源条件。整合传统与创新模型将提升药物吸收预测准确性，推动药物开发进程。