代谢稳定性研究中肝微粒体与肝细胞的差异

代谢稳定性作为化合物重要的ADME性质，其影响着化合物在机体内的清除率、半衰期和口服生物利用度。由此，代谢稳定性研究常作为早

期化合物筛选的重要环节，其对于优势化合物的筛选、指导结构修饰、预测体内清除率、构建IVIVC和预估剂量等具有重要意义。目前常用

于代谢稳定性研究的高通量方法主要包括肝微粒体、肝细胞和肝S9，其中肝微粒体代谢稳定性（LMS）和肝细胞代谢稳定性（HMS）最为常见。而化合物在LMS和HMS中结果存在差异的现象时有发生，那么针

对这种情况，我们难免会产生一些疑问，导致差异存在的内在因素是

什么？找到差异的原因是否可以对化合物结构改造有利？选择哪个数

据作为评价化合物的标准值？该采用哪个数据去预测人体清除率？下

文将带着这些疑问进行阐述。

1 肝微粒体与肝细胞的差别

要想弄清楚化合物LMS和HMS的差异，首先我们必须要了解肝微粒体和肝细胞本身。肝脏组织匀浆后高速离心上清液即为S9，再经超高速离心后底部沉淀重悬即为微粒体，肝微粒体酶主要源于肝细胞内质网，包含CYP、水解酶和UGT。由肝微粒体的制备过程可知肝微粒体失去了细胞完整结构，药物可直接暴露于代谢酶中。另外肝细胞胞质中还存在部分肝微粒体缺失的代谢酶，如醛氧化酶（AO）、黄嘌呤氧化酶（XO）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）等，下表附有各类药物代谢酶在肝细胞中的定位。此外，由于肝细胞完整的细胞结构，其细胞膜表面表达有各类药物相关转运体蛋白，如OATP1B1、OATP1B3、

OATP2B1、BCRP、BSEP等摄入或外排转运体，下图附有肝细胞中转运体表达情况。

(摘至《Donglu Zhang,Sekhar Surapaneni - ADME-Enabling Technologies in

Drug Design and Development》一书)

（参考Membrane transporters in drug development一文）

2 LMS和HMS结果存在差异的原因

此处将LMS和HMS的差异的原因分为机制性的原因和经验性的原因。

2.1 机制性原因

当化合物的膜渗透能力较差或为外排转运体底物时，化合物由于在肝细胞体系中无法完全暴露于代谢酶中，会导致化合物在肝细胞中代谢速率较慢；

化合物主要经AO、UGT、MAO-A等non-CYP代谢酶代谢时，由于肝细胞中此类酶的含量高于肝微粒体，会导致化合物在肝细胞中代谢速率较快；

当化合物为肝脏主动摄取转运体时，并不会导致肝细胞代谢速率快于肝微粒体。各类示例见下图

（参考Mechanistic insights from comparing intrinsic clearance values between human liver microsomes and hepatocytes to guide drug design一文）

2.2 经验性原因

另外有一些经验性的统计研究发现，LMS与化合物的理化性质、渗透性和酶表型有一定的关系，其中发现主要经CYP3A和UGT代谢的化合物其固有清除率LMS高于HMS。

（参考Evaluation of the Disconnect between Hepatocyte and Microsome Intrinsic Clearance and In Vitro In Vivo Extrapolation Performance一文）

3 应对LMS和HMS差异的策略

在面对LMS和HMS的差异时，我们主要是解决两个问题，1）在化合物筛选早期以哪个数据为准来进行化合物的ranking；2）在化合物开发阶段采用哪个数据来进行人体清除率的预测。

3.1早期优势化合物的筛选

在这个阶段当我们更多的是从筛选效率和成本来进行考虑，常规情况下LMS的通量和成本肯定明显优于HMS，但是当我们发现LMS的数据与HMS数据存在差异时，此时唯一遵循的原则是哪个数据和体内的相关性越好就选择哪个，此处提及的相关性更多指化合物在体外和体内ranking的一致性，并非IVIVE的定量关系，如果发现LMS的数据与体内清除率的相关性越好当然最好，如果发现HMS和体内清除率的相关性更好时我们应依据实际情况进行调整。当化合物由于透膜性差所致的HMS慢于LMS，且体内清除率也较小，此时我们仍然可以保持LMS的筛选方式，即为比较保守的方式；当化合物存在non-CYP代谢导致HMS快于LMS时，且体内清除率也较大，此时应该绝对的放弃LMS，转而采用肝细胞，但是考虑到成本，亦可尝试肝脏S9。此外亦可通过重组酶结合Met-ID的方式找到主要参与的non-CYP代谢酶，通过结构改造封堵代谢位点尽量避免该类结构的non-CYP代谢。

3.2 人体清除率的预测

除了异速放大的方法，一般多用基于LMS或HMS的IVIVE法进行人体清除率的预测。在化合物开发阶段应尽可能研究清楚化合物在肝微粒体和肝细胞代谢差异的原因，在机制清楚的前提下进行人体清除率的预测，并更多地参考临床前各种属的体内外代谢的规律。当由于化合物自身被动扩散能力所致的差异时，无需过多机制性的研究，仅仅需要依据临床前各种属的IVIVC关系选择LMS或HMS，以及合适的Scaling factors。当化合物由于外排转运体所致的肝细胞较慢时，同样可以先依据临床前种属的关系进行选择，但同时需要进行转运体的

动力学数据测试，结合PBPK模型进行肝清除率的预测，以防止种属间转运体表达差异所致的预测偏差。当化合物由于non-cyp代谢所致的肝细胞较快时，此时应放弃采用LMS数据进行人体清除率预测，选择采用HMS数据进行预测，若临床前各种属基于HMS的IVIVC关系较好时，即可用HMS数据进行预测并借鉴相应的scaling factors，若临床前各种属IVIVC关系不一致时，可以尝试采用重组酶的方法进行表征其代谢，结合PBPK模型进行清除率的预测。

微粒体制备

微粒体制备 一、工作原理 微粒体是指在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构,这些小囊泡的直径大约100nm左右, 是异质性的集合体。它包含内质网膜和核糖体两种基本成分，在体外实验中具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。肝脏或其他组织磨碎 (均质化)之后，微粒体能够在不同的离心速度之下，从其他的细胞胞器区隔出来、浓缩并分离。组织匀浆中未破碎的细胞、细胞核与线粒体在9000g的离心速度下可以被沉淀并分离，而P450、内质网碎片及其他可溶性酵素则保留在上清中。取上清在更快速的100,000g离心旋转之下，P450、内质网会沉淀成粒状或块状，而可溶性酵素则保留在上清中，将沉淀重悬即可得到微粒体。因此，微粒体在细胞生物学中定义为从内质网的碎片所得到的小型囊泡。微粒体含有细胞色素P450 (CYP)，由于P450中的辅助因子、血基质含有铁元素，微粒体常呈现红褐色。肝（或其他组织）微粒体体外温孵实验是采用从肝脏（或其他组织）中提取的微粒体，加入还原型辅酶II(NADPH)再生系统，在体外模拟生理环境下进行代谢反应，采用高效液相色谱(HPLC)、高效液相色谱质谱联用法(HPLC-MS)等测定方法对原型药及代谢产物进行测定的一种体外代谢的实验方法. 二、实验准备 以制备肝微粒体为例： 1、器材：匀浆机、大剪刀（断头）、手术剪、眼科剪3个、眼科镊3个、头皮针、注射器20ml、烧杯（500ml）4个、冰盒、冰板、匀浆管（5/10ml）、离心管（生科院借）、冻存管N个、培养皿N个。 2、试剂：冰生理盐水 PBS 缓冲液：1000ml缓冲液中含磷酸钾缓冲盐0.1mol·L-1、KCl 0.15 mol·L-1和1mmol·L-1EDTA,即1000ml超纯水中含K2HPO4 (228.23)18.304g、KH2PO4 (136.09)2.695g、KCl(74.55) 11.2g和EDTA0.372g，分装，4℃保存。 含20%甘油的PBS缓冲液200ml：40ml甘油+160ml上述PBS（存争议）三、实验步骤

大鼠肝微粒体的制备

2.1.3 大鼠肝微粒体的制备 大鼠肝微粒体制备全过程： 1．购买实验动物SD 大鼠，20 只，雌雄各半，体重（180-220）g，广州中医药大学实验动物中心提供。合格证号：0055706 2．大鼠肝脏灌流购买的大鼠当天腹腔注射3%戊巴比妥钠（30 mg2kg-1 ），使其麻醉，利用酒精进行常规消毒后，打开腹腔暴露肝脏，肝门静脉处进行插管并 固定。结扎上腔静脉，剪破下腔静脉用磷酸盐缓冲液进行灌流，直至肝脏颜色呈土 黄色。 3．灌流好的肝脏取出后按1：4 比例放入装有磷酸盐缓冲液（含1mM EDTA ,0.25M 蔗糖）的匀浆管内，剪碎，匀浆。 4．将匀浆液倒入50mL 高速离心管中在4℃条件下9000g 离心20 min。 5．保留上清并转移到超速离心管中，在4℃条件下100000g 离心60min。 6．保留沉淀并重新混悬于磷酸盐缓冲液（含0.9%的NaCL）中, 4℃条件下100000g 再离心60 min，得到的沉淀即为肝微粒体。 7．将肝微粒体重悬于0.1M 磷酸缓冲液（PH7.4，20%甘油，1mM EDTA，0.25M 蔗糖）中于-70℃冰箱保存，其中留取一小管用于蛋白浓度测定。 8．微粒体蛋白浓度测定依据的是Lowry et. al.方法(Lowry et al.,1951)，首先用牛血清白蛋白标准溶液配置成不同浓度的蛋白标准溶液，与斐林试剂混匀发生反应 后测定蛋白浓度，根据吸光度A 和蛋白浓度C 进行线性回归并绘制标准曲线。同 样的方法测定肝微粒体的吸光度，根据标准曲线线性回归方程计算肝微粒体蛋白浓 度。 9．肝微粒体中P450 酶含量测定根据Omura and Sato 的方法(Omura and Sato,1964)，用Tris-HCl 缓冲液把肝微粒体样品稀释至0.3?0.5 mg/mL，取两份肝微 粒体分别放于参比池和样品池，400 nm～500 nm 扫描基线；参比池和样品池都加 入少量Na2S2O4，轻微搅拌，并给样品池通CO 气体30 s，再次扫描，记录450 nm 和490 nm 处的吸光度，按Beer 定律（公式2.1）计算CYP450 的含量。 CYP450 (nmol/mg protein) = (A(450－490) ×1000)/(91 ×C) (2.1) 其中，A(450－490)为450 nm 和490 nm 处的吸光度之差，91 为CYP450-CO 结合物的摩尔消光系数，C 为肝微粒体样品的蛋白浓度（mg/mL。 实验五肝细胞微粒体的制备和细胞色素P450 氧化酶活性测定 一、目的要求

实验六.肝微粒体的制备及细胞色素P-450含量测定

院系：理学院专业：农药学学号：0931******* 姓名：王熠肝微粒体的制备及细胞色素P-450含量测定 1 实验目的 本实验通过超速离心法制备肝微粒体，利用Bradford法，学习并掌握了细胞色素P-450含量的测定。 2 实验原理 研究体外药物代谢常用的方法是制备肝微粒体或线粒体后部分，将肝组织制备成20％匀浆，按1g肝组织加0.25mol/L蔗糖溶液或pH7.4 Tris-HCl缓冲液3mL ，磨成匀浆，用低温高速离心制备线粒体后上清液和超速离心法制备微粒体（内质网部分）-差速离心法。 细胞色素P-450是微粒体混合功能氧化酶中最主要的功能成分，其含量的高低基本可以反映混合功能氧化酶的活力大小。细胞色素P-450是一种血红蛋白，当铁蛋白的铁离子被还原并与一氧化碳形成复合物时出现一种特异吸收峰，在波长450nm处呈现最大吸收峰，在490nm处为最低吸收。根据两者的差值和吸收系数，可定量细胞色素P-450含量。 3 实验材料 3.1实验动物 大鼠：健康，体重200～250g，禁食过夜（24h） 3.2实验器材与试剂 器材：低温高速离心机、洁净工作台、匀浆器、注射器、手术剪、低温冰箱、液氮罐等 试剂：1.17% KCl 溶液 Tris-HCl缓冲液： Tris 6.05 g ；蔗糖 68.4 g； 水 500 ml；浓盐酸调 pH 7.4；补水至 1000 ml 4.实验方法 4.1动物处理与匀浆制备 断头处死，放尽血液，迅速剖开胸、腹腔，取出肝脏，用冰冷1.17% KCl 溶液洗净血污，并用滤纸吸干表面水分。肝脏称重，置烧杯中剪碎，按每克肝脏3ml的比例加入0.25mol/L蔗糖溶液或pH7.4 Tris-HCl缓冲液，匀浆，将匀浆

代谢稳定性研究中肝微粒体与肝细胞的差异

代谢稳定性作为化合物重要的ADME性质，其影响着化合物在机体内的清除率、半衰期和口服生物利用度。由此，代谢稳定性研究常作为早 期化合物筛选的重要环节，其对于优势化合物的筛选、指导结构修饰、预测体内清除率、构建IVIVC和预估剂量等具有重要意义。目前常用 于代谢稳定性研究的高通量方法主要包括肝微粒体、肝细胞和肝S9，其中肝微粒体代谢稳定性（LMS）和肝细胞代谢稳定性（HMS）最为常见。而化合物在LMS和HMS中结果存在差异的现象时有发生，那么针 对这种情况，我们难免会产生一些疑问，导致差异存在的内在因素是 什么？找到差异的原因是否可以对化合物结构改造有利？选择哪个数 据作为评价化合物的标准值？该采用哪个数据去预测人体清除率？下 文将带着这些疑问进行阐述。 1 肝微粒体与肝细胞的差别 要想弄清楚化合物LMS和HMS的差异，首先我们必须要了解肝微粒体和肝细胞本身。肝脏组织匀浆后高速离心上清液即为S9，再经超高速离心后底部沉淀重悬即为微粒体，肝微粒体酶主要源于肝细胞内质网，包含CYP、水解酶和UGT。由肝微粒体的制备过程可知肝微粒体失去了细胞完整结构，药物可直接暴露于代谢酶中。另外肝细胞胞质中还存在部分肝微粒体缺失的代谢酶，如醛氧化酶（AO）、黄嘌呤氧化酶（XO）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）等，下表附有各类药物代谢酶在肝细胞中的定位。此外，由于肝细胞完整的细胞结构，其细胞膜表面表达有各类药物相关转运体蛋白，如OATP1B1、OATP1B3、

OATP2B1、BCRP、BSEP等摄入或外排转运体，下图附有肝细胞中转运体表达情况。 (摘至《Donglu Zhang,Sekhar Surapaneni - ADME-Enabling Technologies in Drug Design and Development》一书)

3种方法测定大鼠肝微粒体蛋白含量的比较

万方数据

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3种方法测定大鼠肝微粒体蛋白含量的比较 作者：简暾昱， 徐帆， 廖春龙， 徐贵丽， Jian Tunyu， Xu Fan， Liao Chunlong， Xu Guili 作者单位：简暾昱,Jian Tunyu(昆明医学院成都军区昆明总医院第一临床学院,昆明,650032)， 徐帆,徐贵丽,Xu Fan,Xu Guili(成都军区昆明总医院)， 廖春龙,Liao Chunlong(大理学院) 刊名： 中国药师 英文刊名：CHINA PHARMACIST 年，卷(期)：2011,14(3) 参考文献(5条) 1.金科涛;王宇光;徐彭HPLC测定大鼠肝微粒体P450活性方法学研究进展[期刊论文]-药物分析杂志 2006(03) 2.孙忠实;朱珠药物代谢性相互作用研究进展 2000(01) 3.李海玲;彭书明;李凛4种常用蛋白浓度测定方法的比较[期刊论文]-中国生化药物杂志 2008(04) 4.许家喜蛋白质的检测方法与乳制晶中蛋白含量测定[期刊论文]-大学化学 2009(01) 5.Cinti DL;Moldeua P;Schenkman JB Kinetic parametera of drug-metabolizing enzymes in Ca2+-sedimented microsomea from rat liver[外文期刊] 1972(24) 本文读者也读过(1条) 1.LI Hai-ling.彭书明.LI Lin.张雪梅.LI Hai-ling.PENG Shu-ming.LI Lin.ZHANG Xue-mei4种常用蛋白浓度测定方法的比较[期刊论文]-中国生化药物杂志2008,29(4) 本文链接：https://www.sodocs.net/doc/4f3461217.html,/Periodical_zgys201103012.aspx

肝微粒体的提取及其含量测定

人肝微粒体的提取及其含量测定 第一部分：人肝微粒体的提取 一、仪器及试剂： 仪器：内切式匀浆机，高速离心机，超速离心机，表面皿数个，冰袋数个，碎冰，装碎冰烧杯，匀浆用玻璃管，不锈钢剪刀 试剂：含0.15M KCl的100mM磷酸钾缓冲液（PH＝7.4）,100mM磷酸钾缓冲液 材料：8号人肝（称取重量29.95g） 二、实验流程： 组织（记录死亡时间、储运条件） 37度水浴解冻 含0.15 M KCl 的100 mM磷酸钾缓冲液（pH 7.4）漂洗，除去表面血迹及组织液（缓冲液事先已置于冰箱中冷藏） 将组织置于下垫冰块的表面皿中，用剪刀手动剪碎 内切式均浆机匀浆（过程中注意将组织置于冰块包围住，保持低温环境） 9000 ×g离心20 min，取上清，即得S9 超速离心机105,000 ×g 超速离心60 min 取沉淀（过程中防止上清表面的油膜粘附到沉淀表面，应用吸管将油膜慢慢吸出，而不能倾倒） 重悬于100 mM磷酸钾缓冲液（pH 7.4）中（重悬过程中应注意不要产生气泡） 105,000 ×g 超速离心60 min 取沉淀，用100mM磷酸钾缓冲液（pH7.4）重悬得微粒体（此次重悬时应使用尽量少的缓冲盐体积，以防止微粒体浓度被过于稀释，重悬过程同样注意油膜与气泡） 磷酸盐缓冲液中，分装塑料小管中，-80°C贮存

三、实验结果： 一共称取8号人肝组织29.95g，提取出肝微粒体23mL，经蛋白含量测定，微粒体二次重悬液蛋白含量以牛血清白蛋白计为37.4mg/mL，加入100mM磷酸盐缓冲液（pH=7.4）稀释至86mL，得10mg/mL的微粒体储备液，分装保存于-80度待用。 第二部分微粒体中蛋白含量测定 一、仪器和材料： 0.1 N NaOH(2g NaOH溶于500mL水), 1%酒石酸钾（1.342g四水合酒石酸钾溶于100mL 水），2 %无水碳酸钠（溶剂为0.1 N NaOH），0.5 %硫酸酮（溶剂为1%酒石酸钾），甲液（2 %无水碳酸钠50 ml，加0.5 %硫酸酮1 ml，混匀，临用时现配），牛血清蛋白标准液500 μg / ml(溶剂为0.1 N NaOH) Folin酚(福林试剂)试剂：1份Folin酚原液用蒸馏水稀释3倍得工作液，Folin酚试剂原液配制方法如下： 1000mL磨口回流装置内,加入 钨酸钠(Na2WO4·2H2O) 50 g 钼酸钠(Na2MoO4·2H2O) 12.5 g 蒸馏水350 mL 85%磷酸25 mL 浓盐酸50 mL 文火回流10h。取去冷凝器,加入 硫酸锂(Li2SO4) 25 g 蒸馏水50 mL 混匀,加入几滴液体溴,再煮沸15min,以驱逐残溴及除去颜色,溶液应呈黄色而非绿 色。若溶液仍有绿色,需要再加几滴溴液,再煮沸除去之。 冷却后,定容至500mL, 混合均匀过滤。试剂呈金黄色贮于棕色试剂瓶内。 二、实验方法： 1、测定原理： 利用Folin酚试剂与蛋白质的酪氨酸与色氨酸残基反应在680nm处产生吸收 2、实验过程： 1）样品测定：