Caco-2 细胞模型的研究与应用

Caco 2细胞模型的研究与应用 Seminar 主要内容 Caco 2细胞的介绍Caco 2细胞模型的建立与评价Caco 2细胞模型的应用Caco 2细胞模型的发展 Caco 2细胞单层模型简介 aco 2细胞 人结肠癌细胞 thehumancoloncarcinomacellline Caco 2细胞的形态学特征 Caco 2细胞具有与小肠上皮细胞相同的微绒毛结构和紧密连接 Caco 2细胞生化性质特征 主动转运系统 糖类 氨基酸 二肽 胆酸及维生素B12内源性因子的主动转运载体 酶 小肠细胞刷状缘的酶 相代谢酶 CYP1A1 相代谢酶 谷胱甘肽S 转移酶 葡萄糖醛酸糖苷酶及磺基转移酶 由于形态学及生化性质都与小肠上皮很相似 Caco 2细胞模型已广泛的用于体外药物分子肠吸收的研究 Caco 2细胞单层模型简介 Caco 2细胞单层模型建立 aco 2细胞模型的建立 Caco 2细胞模型的平面图 Caco 2细胞模型的切面图 Caco 2细胞单层模型的评价 细胞形态学 小肠微绒毛结构及细胞间紧密连接 小肠刷状缘细胞标志酶 碱性磷酸酶的活性 Caco 2细胞单层的跨膜电阻 transepithelialelectricalresistance TEER 漏出标志物 甘露醇 荧光黄等 被动扩散的跨膜通量 Caco 2细胞的胞饮功能 用辣根过氧化物酶测定 药物肠道吸收的方式 被动扩散 穿细胞间 载体转运 胞吞 外排系统 如P gp MRP 药物吸收 Caco 2细胞单层模型的药物转运机理 药物的转运过程 药物分子从Caco 2单细胞层的顶侧肠腔侧 AP侧 跨过Caco 2单细胞层或经由细胞间隙到达基底侧 BL侧 Caco 2单层细胞模型示意图AP侧 肠腔侧 BL侧 基底侧 Caco 2细胞单层模型药物吸收实验参数 Papp dQ dt A C0 Papp 表观渗透系数dQ dt 接受药物侧待测药物出现的速率 即渗透速率A 细胞单层表面积 cm2 C0 给药侧的初始药物 细胞培养条件 细胞种植密度是否达到融合 细胞分化的阶段 重要营养物质或生长因子的存在或缺失 转运介质的组成溶液的浓度 温度 pH值等 某种代谢来源的能量或离子的存在或缺失 竞争性溶质的在或缺失 影响细胞转运和代谢性质的因素 Caco 2细胞单层模型在药物吸收研究中的应用 研究药物结构 吸收转运关系 1 预测药物的体内吸收 被动扩散药物的口服生物利用度与表观渗透系数间有良好的相关关系 2 3 Tab1Relationshipbetweenapparentpermeabilitycoefficients Papp andBioavailability研究药物剂型对吸收的影响 4 确定药物在肠腔吸收的最适pH值 5 评价前体药物的口服吸收 6 Caco 2细胞单层模型在药物吸收机制研究中的应用 Caco 2细胞模型用于被动转运的研究 7 Caco 2细胞模型用于载体介导主动转运的研究 8 9 Caco 2细胞模型用于药物外排机制的研究 10 Caco 2细胞模型在中药吸收研究方面的应用 Caco 2细胞模型在中药吸收方面研究的热点目前主要集中在对黄酮类化合物及生物碱吸收机制的研究 对黄酮类化合物中的槲皮素4 葡萄糖苷在进行研究发现 该化合物在Caco 2细胞模型中不被吸收 外排呈饱和过程 这一外排过程不能被P gp抑制剂维拉帕米抑制 但却能被MRP抑制剂MK571竞争性抑制 这一结果说明槲皮素4 葡萄糖苷在Caco 2细胞模型中的外排是由MRP介导的 同时服用MRP抑制剂对提高该化合物的口服吸收程度可能有帮助 11 Caco 2细胞模型在药物代谢方面的应用 I相代谢酶 细胞色素P450等 相代谢酶 磺基转移酶 谷胱甘肽S 转移酶 葡糖醛酸糖苷酶 存在P gp MRP外排系统及细胞色素P450同工酶 与人类小肠上皮一致 人们可以利用这一模型研究氧化代谢与外排作用在限制药物口服生物利用度方面的关系 12 Caco 2细胞单层模型的优点 细胞培养条件相对容易控制 能够简便 快速的获得大量新的 有价值的信息 这些信息易于转化为药物转运 代谢的基本原理 Caco 2细胞来源是人结肠癌细胞 同源性好 该模型与药物在肠中的吸收有良好的相关性 较高的重现性 该模型有较广泛的适用性 可用于原料药 制剂 大 小分子的跨肠膜研究 Caco 2细胞内有药物代谢酶 可在有代谢状况下测定药物的跨膜转运 可用于区分肠腔内不同吸收途径的差别 Caco 2细胞单层模型的缺点 Caco 2细胞由于缺乏分泌粘液的杯状细胞 因而缺乏小肠上皮中的粘液层 缺少细胞异质性 单一细胞构成 Caco 2细胞中某些特别的酶 细胞色素P450的一些同工酶 的活性与人体小肠上皮细胞的差别及P gp在Caco 2细胞中表达的波动性对结果有不同程度的影响 Caco 2细胞形成的细胞间紧密联结比在小肠上皮细胞中更具特征性 其TEER值比正常小肠上皮细胞高 限制了水溶性小分子药物穿细胞间转运的应用研究 Caco 2细胞的吸收转运体表达较小肠上皮的低 因而在主动转运药物的研究方面相对不如被动扩散药物研究的成功 Caco 2细胞单层模型的新发展 优化细胞培养条件 缩短细胞培养的时间 细胞共培养 如与杯状细胞HT29共同培养 为Caco 2细胞单层膜提供其缺乏的粘层膜 生化诱导 用经典的细胞生物学方法诱导Caco 2细胞上缺乏或低表达的药物代谢相关酶和转运体的表达 重组技术 Charles 13 等用重组技术在Caco 2细胞中引入CYPcDNAs 提高CYP3A4和CYP2A6的表达 通过培养CYP3A4表达的Caco 2细胞 开拓Caco 2模型在研究药物首过代谢方面的应用 1 GanLS ThankkerDR ApplicationsoftheCaco 2modelinthedesignanddevelopmentofbiochemicalandphysicalbarriersposedbytheintestinalepithelium AdvDrugDeliveryRev 1997 23 1 3 77 98 2 ArturssonP KarlssonJ Correlationbetweenoraldrugabsorptioninhumanandapparentdrugpermeabilitycoefficientsinhumanintestinalepithelial Caco22 cells BiochemBiophysResCommun 1991 175 3 880 5 3 YeeS InvitropermeabilityacrossCaco22cells colonic canpredictinvivo smallintestinal absorptioninman2factormyth PharmRes 1997 14 6 763 6 4 UdataC PatelJ PalDetal Enhancedtransportofanovelanti HIVagent2cosalaneanditscongenersacrosshumanintestinalepithelial Caco22 cellmonolayers IntJPharm 2003 250 1 157 685 5 YamashitaS FurubayashiT KataokaMetal OptimizedconditionsforpredictionofintestinaldrugpermeabilityusingCaco 2cells EurJPharmSci 2000 10 3 195 204 6 RouquayrolM GaucherB RocheDetal TransepithelialtransportofprodrugsoftheHIVproteaseinhibitorssaquinavir indinavir andnelfinaviracrossCaco 2cellmonolayers PharmRes 2002 19 11 1704 12 参考文献 7 GanLS HsyuPH PritchardJF ThakkerD Mechanismofintestinalabsorptionofranitidineandondansetron TransportacrossCaco 2cellmonolayers PharmRes 1993 10 12 1722 5 8 MenonRM BarrWH TransportersinvolvedinapicalandbasolateraluptakeofceftibutenintoCaco22cells BiopharmDrugDispos 2002 23 8 317 26 9 AnandBS PatelJ MitraAK Interactionsofthedipeptideesterprodrugsofacyclovirwiththeintestinaloligopeptidetransporter Competitiveinhibitionofglycylsarcosinetransportinhumanintestinalcellline2Caco22 JPharmacolExpTher 2003 304 2 781 10 FrickerG DreweJ HuwylerJetal RelevanceofpglycoproteinfortheenteralabsorptionofcyclosporinA Invitro2invivocorrelation BrJPharmacol 1996 118 7 1841 7 11 WalgrenRA KarnakyKJ LindenmayerGE WalleT Effluxofdietaryflavonoidquercetin4 2 2glucosideacrosshumanintestinalCaco 2cellmonolayersbyapicalmultidrugresistance2associatedprotein22 JPharmacolExpTher 2000 294 3 830 6 12 王堃 仲来福 肠道CYP3A和P gp 服药物的吸收屏障 中国药理学通报 20