基于肝癌球体细胞模型探索“微环境-核受体-代谢酶”轴对药物代谢处置的影响及其分子机制研究

For therapeutic drugs in diseased liver, their metabolism is more complex, their efficacy and safety are more unpredictable, and the therapy regimen is more indefinite. Therefore, the researches on drug metabolism in diseased liver are urgently needed. Recently, most of the work is based on healthy animals/volunteers, microsome/ recombinant enzyme, and primary cultured hepatocyte. However, there are many restrictions which neglect the influence of the disease status, the delivery of drug into tissue/cell/sub-cell, and tissue environment/inter-cellular environment/intra-cellular environment on drug metabolism. Hence, our project is intended to develop spheroid of liver cancer cells in vitro, and compare the changes of drug metabolic enzymes and related PK/PD of therapeutic drugs for liver cancer, which are caused by the microenvironment in different culture patterns. In combination with animal model, an “in vitro - in vivo” correlation mathematical model for drug metabolism in liver cancer status will be developed, aiming at promoting the prediction accuracy from in vitro to in vivo. And this will provide new models and new methods for drug evaluation, screening, optimization and prediction. Meanwhile, based on “microenvironment-nuclear receptor-metabolic enzyme” axis, the molecular mechanisms and regulation rules of metabolic enzymes alternations caused by disease status and cell culture pattern will be elucidated, which will help to find new targets for disease treatment, new strategies for drug usage, and new ideas for drug research and development.

治疗药物在病态肝脏中的代谢更加复杂、有效性与安全性更加不可预测、临床用药的选择及方案的制定更加捉摸不定，亟需系统研究肝脏疾病状态下的药物代谢。目前的研究主要是基于健康动物/受试者、微粒体/重组酶、原代肝细胞开展,但存在一定的局限性：忽略了疾病状态、药物进入组织/细胞/亚细胞的传递过程、组织环境/细胞间环境/胞内环境等因素对药物代谢的影响。因此，本项目拟通过建立肝癌球体细胞，比较细胞培养模式所致的微环境改变对代谢酶谱的影响，以及对肝癌治疗药物的药动/药效改变；结合整体动物模型验证，构建肝癌状态下“体外-体内代谢”相关性分析数学模型，提高体外预测体内的准确度，为候选药物的评价、筛选、优化、预测提供新模型和新方法。同时，基于“微环境-核受体-代谢酶”轴，通过探讨疾病状态、细胞培养模式影响代谢酶谱的分子机制、调控规律，以期发现疾病治疗的新靶点、科学用药的新策略，为新药研发、临床合理用药提供新思路。

治疗药物在病态肝脏中的代谢处置更加复杂、有效性与安全性更加不可预测、临床用药的选择及方案的制定更加捉摸不定，亟需系统研究肝脏疾病状态下的药物代谢。然而，目前的大多数药物代谢评价主要是基于健康动物/受试者、微粒体/重组酶、原代肝细胞开展，存在一定的局限性：忽略了疾病状态、药物进入组织/细胞/亚细胞的传递过程、组织环境/细胞间环境/胞内环境等因素对药物代谢处置的影响。因此，亟需建立考虑上述因素的体外快筛模型，一方面实现候选药物更为精准的评价，另一方面发现科学用药的新策略，为临床合理用药提供新思路。. 通过四年的研究，完成了项目的预定目标与任务：（1）通过条件摸索与优化，建立了三维肝癌球体细胞模型/共培养球体细胞模型，完成了模型各项生理生化指标的考察验证；在此基础上，揭示了细胞培养模式所致的微环境改变对肝癌细胞的药物代谢酶/转运体、治疗药物的代谢处置变化规律以及对药效/毒性的影响，为临床合理用药提供了科学依据；（2）通过代谢组学及分子生物学相结合的手段，发现了球体细胞的内源性代谢紊乱，锁定磷酸戊糖通路，考察并验证了磷酸戊糖通路对药物外排转运体P-gp、药物代谢酶主要亚型CYP 3A的分子调控机制；初步构建了“微环境-核受体-代谢酶”轴的调控规律，并探索了干预措施，发现了关键节点，为临床治疗提供了新思路；（3）基于体外三维球体模型、结合整体动物模型验证，构建了药物瘤内穿透的数学模型，更真实地描述了肝癌状态下药物的代谢处置特征，并且能够对药物在体瘤内PK-PD行为进行了初步预测，为候选药物的评价、筛选、优化、预测提供了新模型和新方法。. 项目执行期间，在药代动力学及其相关领域的权威期刊发表SCI论文11篇，申请专利5项，获授权专利3项，培养研究生4名。本项目研究成果作为重要组成部分，有力支撑了“细胞药代动力学新理论技术体系的创建及其在新药研发和临床用药中的应用”，项目负责人获2017年度江苏省科学技术奖一等奖（排名第三），2018年度江苏省“六大人才高峰”高层次人才（B类），2018年度江苏省科协青年科技人才托举工程，2019年度中国药理学会-施维雅青年药理学家奖。.