大学竞选-大学竞选
生物医学工程学杂志
2005;
22(
3)
∶
633
～
636
< p>
J
Biomed
Eng
Caco
-
2
细胞生物膜模型研究进展
王
驰
综述
邱宗荫
审校
(
重庆医科大学
基础医学院
,
重庆
400016)
摘要
Caco
-
2
细胞生物膜
因在结构和生物学
性质上与人小肠吸
收细胞相似而
广泛用于肠< /p>
道药物吸
收机制研
究
。
Ca co-2
细
胞模型的应用将人
们对药物吸收
、
生物转化和生物
利用度等机
制的认识
提高到细胞
分子水平
,
同时
Caco-2
细 胞能在药物开发早
期对药物先导化合物的肠道吸收性质作出评价而深受制药业关注
。
但是
,
Caco
-
2
< p>细胞
模型存
在的不足
制约着其应
用< /p>
,
如
:
形成
的细胞
间 紧密联
结限制
了水溶
性小分
子药物
穿细胞
间转运的
应用研
究
,
Caco-2
细胞膜上缺
乏人肠道药物吸收主要屏障之一的黏液层
,
人肠道表
达的药物代谢酶细胞色素
P450
等
。
为了更
好地在体
外模拟体内生理环
境
,
预测体内
肠道药物
转运
< p>、代
谢行为
,
研究者应
用细胞 培
养技术
、
分子克隆
技术和生
化诱导技术对
Caco-2
细胞模型进行优化
,
改善
Caco
-
2
细胞模型的性质
。
本文对用
各种技术改良
Caco-2
细胞模型
的研究进展进行综述
。
关键词
细胞培养
分子克隆
生化诱
导
优化
Caco
-
2
细胞单层膜
-
2
Cell
Model
Development
of
Researches
in
Caco
Qiu
Zongyin
Wang
Chi
< br>(
Premedical
Institute
of
Chong
qin
g
Un
iversity
of
Medica
l
S
cienc es
,
Chon
gqing
40 0016,
Ch
ina
)
Abstract
T
he
Caco
-2
cell
model
esta
blished
as
a
too
l
fo
r
in
v
i tro
inv
estiga
tio
ns
< p>ofintestinal
drug
tra
n spo
rt
pro
cesses
has< /p>
been
w
idely
used
be ca
use
of
its
g
ro
w
th
charact
eristics,
< p>i.e.
,
it
fo
rms< /p>
po
la
rized
mo
no
la
yer
s
in
cultur
es
a
nd
differentia
tes
into
cells
with
high< /p>
homo
lo
g
y
to
human
intestina
l
epithelial
a
bso
rptiv
e
cells.
Caco-2
cell
cultur
es
have
prov
ided
a
majo
r
conceptua
l
adv
a nce
in
our
under
standing< /p>
o
f
intestinal
dr
ug
a
bso
rptio
n
,
bio
tra
nsfo
rmation< /p>
a
nd
bio
availa
bili ty
at
the
cellular
lev
el.
Ca
co
-2
cells
< p>have
receiv
ed
consider able
a
ttentio
n
fr
om
the
pha
rmaceutical
industry
because
they
hav
e
been
w
idely
accepted
as
a
po
tent
in
vitr
o
mo
del
membrane
to
screen
fo
r
po< /p>
tential
abso
rption
pro
blems
in
dr
ug
disco
v
ery
prog
ra
ms.
How
ev
er,
the
Caco-2
mo
no
la
yer
s
model
is
still
no
t
perfect
.
T
he
tigh
tness
of
the
mo
< p>nolay
ers
r
esem
bles
mor
e
co
lo
nic
tha
n
small
intestinal
tissue
,
resulting
i n
poo
r
permeabilities
fo
r
hy
drophilic
co
< p>mpounds
t
rave
rsing
the
epithelium
v
ia
th e
aqueous
paracellular
pathwa
y.
Caco-2
cells
hav
< p>eno
mucus
lay
er
tha
t
is
a
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tentia
l
bar
rier
to
dr
ug
abso
rptio
n
and
display
low
ex
pressio
n
of
cy
tochr
ome
< br>2
cell
cultur
e
mo< /p>
del
a
re
needed
to
P
450
w
hich
a
re
drug
metabolizing
e
nzymes
.
Further
re finements
of
the
Caco
-
better
predict
huma
n
intestina
l
dr
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tra
nspo
rt
.
To
o
ptimize
Caco
-2
model
,
the
fo
< p>llowing
technics
hav
e< /p>
been
used
:
modify
ing
the
co
ndition
o
f
the
cell
cultur
e,
< p>usingmo
lecula
r
clo
ning
strategies
a
nd
i nducing
the
ex
pressio
n
of
r
eleva
nt
enz y
mes.
They
a
re
des c
ribed
in
this
review.
Key
words
Cell
culture
M
o
lecula
r
clo
ning
Biolog
ical
induce ment
O
ptimiza tion
Caco
-2
cell
mo
no
lay< /p>
er
1
前
言
发展细胞培养模型用于肠道药物转运和代谢研
究
成为当今口服药物开发研究的一大方向
。
细胞培
< p>养模型的主要优点在于可通过操作微环境和细胞性
质研究药物吸收
、
生物转化和生物利用度等机制
,
及
时
评
价
药
物
先
导
化
合
物
的
结
构
与
吸
收
/
代
谢
关
系
[1
～
4
< p>]
动跨膜
、
穿细胞间
、
载体转运和胞吞转运作用
。
不同
类型
(
或结构
)
的药物经肠道吸收可能是一种或是几
种方式共同作用的结果
。
Caco
-
2
细胞模型可用于上
述
4
种方式的吸收研究
,
但应用较多的是被动跨膜
和载体转运
[2
]
。
2003
年
1< /p>
月
,
M
EDLINE
上统计的
有关
Caco-
2
细胞方面的 论文共计为
2
193
篇
,
与药
物吸收有关的为
463
篇
。
论 文发表数则逐年上升
。
Caco
-2
,
在正常细
。
(
或转运
)
一般有
4
种方式
:
被
634
< br>
生
物
医
学
工
程
学
杂
志
第
22
卷
胞培养条件下
,
Caco
-
2
细胞 经连结成片
、
分化
、
形成
极性单层膜
,
在结构上形成紧密联结和微绒毛
;
膜 上
高表达刷状缘水解酶
、
苯酚磺酸基转移酶
、
谷光甘肽
-S-
转
移
酶
、
UDP-
葡
糖
醛
酸
基
转
移
酶
、
细
胞
色
素
P
450
1
A
1
和
1
A
2
等
;
另外还有一些肠道转运系统
:
如中性氨基酸
,
胆汁酸
、
维生素
B12
和二肽等转运
系统
[5
～
8
]
2
细胞培养
在正常细胞培养条件
下
,
Caco-2
细胞
[5,
6
< p>]
经融
合
、
分化形成极
性单层膜
,
一
般需要
20
d
左右
,
用
14
Caco
-2
细胞
膜的跨上皮细胞电阻和聚
< p>乙二醇(
C
PEG
4000
)
来评价膜的完整性
。
2
.
1
优化细胞培养条件
优
化
细
胞
培
养
条
件
,
缩
短
细
胞
培
养
时
间
,
[
12
]
Collaborativ
e
Bi o
medical
Products
公司
报
道
了
使用
B
i oco
at
肠上皮细胞分化环境
(
B
ioco
at
intest
-
inal
epithelium
differentiatio n
enviro
nm
ent,
BIE-
< p>DE)
来培养
Caco-
2
细胞
,
该方法与经典培养
Caco-2
细胞方法的
不同在于
:
(
1
)
用
polyethylenet
-
erealate<
/p>
而非聚碳酸酯作为细胞生长支持物
(
滤膜材料
);
(
2
)
用纤维胶原
I
型而非鼠尾胶原
I
型作为促进细胞黏
附
的细胞外间蛋白基质
(
滤膜涂层
);
(
< p>3)
用丁酸而非
10
%
胎牛血清加
DM
EM
作为培养基
;
(
4
)
用
3
< br>d
而
非
3
周时间培养出完 全分化的单层细胞膜
。
BIEDE
方法
培 养的
Caco-2
细
胞模型对
18
种
不同结构
(
中性
、
酸性 和碱性
)
药物的渗透性进行了
测定
,
结果与经典方法比较
,
有很好的相关性
(
P
<
0.
01)
。
另外
,
Earv
in
等
报道< /p>
,
为了满足制药工业以
高通量筛选新药的需要
,
研究加速培养
Caco
-2
细胞
的特性
,
将细胞培养时间由
21
～
25
d,
缩短为
4
～
7
d,
并对这两种模型在膜性
、
药物渗透系数和膜外排
泵等性质进行了评价
。
通过 对
33
种不同结构的小分
子药物的渗透系数研究发现
,
加速细胞模型渗透系
数是经典模型的两倍
,
但这些药物的渗透系数在两
种模型上的变化趋势是一致的
。
这一结果提示
,
可用
加速模型来研究药
物的渗透性
,
以适应对用组合化
学研究的大量新合成化合
物筛选
,
满足高通量研究
新药肠道渗透性
。
糖
BIEDE
培养的
Caco
-2
细胞和加速模型的
P
-
蛋白
(
P
-
g
lycoprotein
,
P
-
gp
)
表达水平
比经典模
型
低
,
因而不宜用于涉及
P-
g
p
药物外排泵
作用的研
究
;
而这是
Caco -
2
细胞模型研究药物转运的重要内
容
。
如何发挥加速模型的作用
,
有待进一步研究
。
2
.
2
细胞共培养
[14
]
Wikman
-
Larhed
等
研究将
Cac
o
-2
细胞与其
它类型的
肠道上 皮
细胞共
同培养
,
如与
杯状细
胞
[13
]
。
这些性 质与人小肠吸收细胞的性质相似
。
[
8]
Artursso
n
等
用
Caco-2< /p>
细胞为模型测定了
20
种
不同
结构的药
物和肽的
吸收率
,
即表
观渗透
系数
(
Apparent
Perm eability
Coefficients,
Papp)
。
其结
果与人体内结果比较相关性很好
,
第一次 明确提出
Caco
-
2
细
胞
模
型
可
用
于
< p>肠道
药
物
吸
收
研
究
。
Stev
enson
等
[9
]
用
Caco
-
2
细胞模型对合成肽库中的
375000
个三肽的渗透性进行筛选
。
Kuhfeld
等
< p>[10
]
报
道了以
Caco
-
2
细胞为模型用机器人技术对药物转
< br>运进行自动程序筛选
。
用
Caco-
2
细胞模型来研究肠道药物转运和代
谢的优点是与药物在肠中的吸收有
良好的相关性
、
较高的重现性
、
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
)
。
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
、< /p>
代谢的基本原
理
。
许多制药公司利用
Caco
-
2
细胞单层膜于药物研
究中
,
考查药物肠吸收问题
,
对药物进行高通量筛选
和研究各种各样药物赋形剂如共溶剂
、
< p>吸收增强剂
等的细胞效应
。
目前
,< /p>
FDA
正在对
Caco
< br>-
2
细胞单层
膜在生物制药研究方面的应用进行评
估
。
正如其它体外研究模型一样
,
Caco-2
细胞并非
完美的上皮细胞模型
,
虽然
Caco-
2
细胞膜上有许多
人肠道上皮细胞的生物学性质
,
但两者的差别却是
明显存
在的
,
Caco-2
细胞形成的细胞间紧密联结限
制
了水
溶性
小分
子药
物< /p>
穿细
胞间
转
运的
应
用 研
究
[15
]
[
1]
,
Caco-2
细胞上没有粘膜
< p>,没有表达出对药物
代
谢
有
重
要
作
用
的
细
胞
色
素
P450
(
Cy
tochrome
P
450,
C
YP
)
,
CYP
在人肠
道上有较高的表达
,
肠
、
肝
上的
CYP
通过对药物首过代谢作用而影响治疗效
果<
/p>
。
CY
P3A4
为人肠道主要的
CY
P
代谢酶
,
其表达
量还未
准确测定
[11
]
。
为
了能在体外很好地模拟体内生理条件
,
以便
更好的在体外
预测人体内药物吸收行为以及准确评
价药物先导化合
物的吸收特性
,
建立
起更完善的
[1,
3
]
Caco
-
2
细胞 培养模型是目前研究的重点之
一
。
本文对用细胞
培养技术
、
分子克隆技术和生化诱导
技术改善
细胞模型研究的进展进行综述
。
HT29
共同培养
,
为
Caco-2
细胞单层膜提 供其缺乏