摘要：在人原代肝细胞（Primary Human Hepatocytes, PHH）相关研究中，传统悬浮人肝细胞（SHH）由于培养时间短、代谢稳定性有限，难以满足慢代谢药物研究需求。因此，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期培养模型逐渐成为药物代谢研究的重要工具。本文围绕三种长期原代人肝细胞模型与SHH在体外代谢性能方面的差异展开分析，并结合BI 425809、BI-A与TAK-041等化合物的代谢结果，对不同模型在I相与II相代谢物生成、连续代谢能力以及慢代谢药物研究中的应用价值进行比较。

关键词：人原代肝细胞、Primary Human Hepatocytes、HepatoPac、Spheroids、TCS、药物代谢、慢代谢药物、肝细胞模型、ADME、药物筛选、LifeNet Health

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一、为什么慢代谢药物研究越来越依赖长期原代肝细胞模型？

在药物研发过程中，肝脏代谢研究是决定药物安全性与有效性的关键环节。药物进入人体后，会在肝脏中经历氧化、还原、水解以及结合等复杂代谢过程，而这些代谢反应往往直接影响药物在体内的暴露时间、毒性风险以及最终疗效。

传统悬浮人肝细胞（Suspended Human Hepatocytes，SHH）由于操作简单，因此长期以来一直被广泛应用于体外药物代谢研究。但SHH模型通常只能维持数小时代谢活性，因此对于慢代谢药物、多步连续代谢过程以及复杂II相代谢物研究存在明显局限。

尤其是在一些慢清除药物研究中，由于药物在体内停留时间长，往往会产生多种连续代谢产物，而传统SHH体系很难完整模拟这些长期代谢过程。因此，能够维持更长期代谢酶活性的原代肝细胞培养模型开始受到越来越多关注。

目前，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期培养模型，已经成为慢代谢药物研究中的重要体外工具。

此外，近年来不少研究也开始关注来源稳定、功能保持较好的原代肝细胞体系，以提升长期培养模型的数据稳定性与代谢预测能力。关于相关人原代肝细胞与培养体系资料，也可以参考：

https://www.mine-bio.com/LifeNet_PrimaryCells_Medium/?utm_source=csdn&utm_medium=referral&utm_campaign=lifenet_article

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二、本研究如何比较三种长期肝细胞模型？

为了比较不同长期培养模型在慢代谢药物研究中的能力，本研究选择了三种在人血浆中存在复杂循环代谢物、但在SHH体系中代谢较弱或无法完整检测的化合物作为研究对象，包括BI 425809、BI-A以及TAK-041。

研究分别采用：

• HepatoPac
• 肝细胞球体（Spheroids）
• 三培养系统（TCS）
• SHH（悬浮人肝细胞）

四种体系进行对比。

实验中，研究人员利用质谱法（MS）分析药物相关物质总量（TDRM），并对比各模型中原药消耗比例、I相与II相代谢物种类以及与人体血浆代谢结果之间的相关性。

表1：三种长期原代人肝细胞培养模型

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三、BI 425809在不同肝细胞模型中的代谢差异

BI 425809属于典型慢代谢化合物，在人体内会形成多种循环代谢物，因此非常适合作为长期代谢模型验证对象。

研究结果显示，在三种长期培养模型中，均能够检测到人体内11种循环代谢物中的8种，而SHH体系则存在明显缺失。

其中，Spheroids与TCS能够检测到M232与M312等连续代谢产物，而SHH与HepatoPac无法检测这些代谢物。此外，HepatoPac在部分氧化代谢物生成方面具有一定优势，而TCS中M232与M312占比较高，说明其在复杂连续代谢过程模拟方面表现较好。

图1：BI 425809预测代谢途径

表2：人血浆和肝细胞中鉴定出的BI 425809及其代谢产物

这些结果说明，长期原代肝细胞模型在慢代谢药物以及复杂代谢路径研究中，能够更接近人体真实代谢状态。

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四、BI-A连续氧化与葡萄糖醛酸结合代谢研究

BI-A在人体内存在氧化代谢以及氧化后进一步葡萄糖醛酸结合等连续代谢过程。

研究发现，SHH体系无法检测到两步连续氧化-葡萄糖醛酸结合代谢物，而三种长期培养模型均能够成功检测到相关代谢物。其中，TCS模型中M545（1）代谢物占比达到约10%。

这一结果说明，长期培养模型对于II相代谢研究以及连续代谢过程模拟具有更高价值。

图2：BI-A的预测代谢途径

表3：人血浆和肝细胞中鉴定出的BI-A及其代谢产物

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五、TAK-041复杂连续代谢研究结果

TAK-041属于体内存在多步连续代谢的化合物，在人体内可产生谷胱甘肽结合物、半胱氨酸S-结合物以及氧化结合代谢物等复杂代谢产物。

实验结果显示，在SHH体系中几乎无法观察到相关代谢物，而三种长期培养模型均能够生成体内相关连续代谢物。

其中：

• TCS模型中M1（+半胱氨酸）占比约17%
• M2（+葡萄糖醛酸+氧化）占比约12%

说明长期培养体系在复杂代谢路径研究中明显优于传统SHH模型。

图3：TAK-041的预测代谢途径

表4：人血浆和肝细胞中鉴定出的TAK-041及其代谢产物

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六、不同长期培养模型在原药消耗方面的差异

研究进一步比较了三种长期培养模型对不同药物的原药消耗能力。

结果显示：

• 对BI 425809的代谢：TCS高于Spheroids与HepatoPac
• 对BI-A的代谢：TCS与Spheroids接近
• 对TAK-041的代谢：Spheroids优于TCS
• HepatoPac则存在较明显药物依赖性差异

总体来看，TCS与Spheroids在多种慢代谢药物研究中表现出更稳定的代谢活性，而HepatoPac在不同药物之间存在较明显差异。

图4：孵育7天后，HepatoPac、Spheroids和TCS中原药消耗百分比

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七、长期原代肝细胞模型的应用价值与局限性

虽然长期培养模型相比SHH具有更好的代谢能力，但不同体系仍然存在各自局限性。

例如：

• SHH培养时间较短
• HepatoPac存在小鼠成纤维细胞背景
• Spheroids培养后部分CYP450活性下降
• TCS体系中部分培养成分不完全明确

因此，在实际药物研发过程中，研究人员通常需要根据药物类型、代谢路径以及研究目标选择最适合的肝细胞模型。

表5：体外模型在熟悉度、成本、实用性及注意事项方面的考察对比

此外，长期培养体系对于原代肝细胞本身的质量要求也更高。如果细胞来源不稳定、代谢酶功能下降或者细胞活力不足，都可能影响长期代谢研究结果。

因此，目前不少研究机构会优先选择功能稳定、来源规范且适合长期培养的人原代肝细胞体系。

图：LifeNet Health人原代肝细胞相关产品

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八、总结

随着慢代谢药物研究、复杂连续代谢研究以及ADME评价需求不断增加，长期原代人肝细胞培养模型正在逐渐成为药物研发中的重要工具。

相比传统SHH体系，HepatoPac、Spheroids以及TCS能够维持更长期、更稳定的代谢酶活性，并能够更有效模拟人体内复杂I相与II相代谢过程。

其中，TCS与Spheroids在多种慢代谢化合物研究中表现出较高代谢能力，而不同模型在代谢路径、培养稳定性以及适用药物类型方面仍存在差异，因此需要结合具体研究目标进行选择。

未来，随着原代肝细胞来源优化以及长期培养技术不断完善，体外肝代谢模型有望进一步提升药物代谢预测能力，并在新药研发、安全性评价以及个体化医学研究中发挥更重要作用。

本文根据人原代肝细胞、三培养系统、药物慢代谢研究等相关应用技术文章、参考文章等公开资料曼博生物整理，用于科学技术研究和相关实验学习参考。

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参考资料

Kamel, A., Bowlin, S., Hosea, N., Arkilo, D., & Laurenza, A. (2021). In Vitro Metabolism of Slowly Cleared G Protein–Coupled Receptor 139 Agonist TAK-041 Using Rat, Dog, Monkey, and Human Hepatocyte Models (HepatoPac): Correlation with In Vivo Metabolism. Drug Metabolism and Disposition, 49(2), 121-132.

DOI：
https://doi.org/10.1124/dmd.120.000246