**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（Suspended Human Hepatocytes, SHH）由于培养时间较短、代谢活性维持周期有限，往往难以满足慢代谢药物、连续代谢产物以及复杂I相/II相代谢研究需求。因此，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期原代人肝细胞模型，逐渐成为药物代谢研究和ADME评价中的重要体外工具。本文围绕三种长期培养模型与SHH在体外代谢能力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，对不同模型在原药消耗、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，为体外肝代谢模型选择提供技术参考。

**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，肝脏代谢研究是判断候选化合物体内行为的重要环节。药物进入人体后，通常会在肝脏中经历氧化、还原、水解、结合等多种代谢反应，这些反应不仅会影响药物本身的清除速度，也可能产生具有药理活性、毒性风险或安全性评价意义的代谢产物。因此，在临床前阶段建立更接近人体肝脏代谢状态的体外模型，对于药物暴露预测、代谢产物鉴定、DDI风险评估以及后续ADME研究都具有重要价值。

传统悬浮人肝细胞（Suspended Human Hepatocytes，SHH）由于操作流程相对简单、使用经验成熟，因此长期以来一直被广泛应用于体外药物代谢研究。该模型适合用于短时间代谢稳定性评价和快速筛选，但其局限也较为明显。SHH通常只能维持数小时代谢活性，无法长时间稳定保留完整肝细胞功能，因此对于慢清除药物、多步连续代谢过程以及复杂II相代谢物研究并不理想。

在一些慢代谢药物研究中，候选化合物在体内停留时间较长，可能经过多轮氧化、结合或进一步转化，最终形成多种循环代谢产物。此类代谢产物往往需要较长孵育时间才能被充分生成，而传统SHH体系由于培养时间短，可能无法完整模拟人体内长期代谢过程。正因如此，能够维持更长时间肝细胞代谢酶活性的长期培养模型，逐渐成为慢代谢药物研究中的重要工具。

目前，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期培养模型，已经被用于补充传统SHH体系在慢代谢化合物研究中的不足。这类模型能够在更长时间内维持原代人肝细胞功能，并更有机会生成接近人体血浆中观察到的代谢产物，因此在复杂代谢路径研究、低清除率药物评价以及人体相关性预测中具有较高应用价值。

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# 二、三种长期原代肝细胞模型的比较设计

为了比较不同长期培养模型在慢代谢药物研究中的表现，本研究选择了三种在人体血浆中存在复杂循环代谢物、但在传统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。这些化合物的共同特点是体内代谢路径相对复杂，涉及连续氧化、结合反应以及多种代谢产物生成，因此能够较好反映不同肝细胞模型在慢代谢与连续代谢研究中的差异。

研究采用HepatoPac、Spheroids、TCS和SHH四种体系进行对比。其中，HepatoPac是一类微图案化共培养模型，常用于延长原代肝细胞功能维持时间；Spheroids通过三维肝细胞球体结构维持细胞间相互作用；TCS则通过三培养系统构建更加稳定的长期培养环境；SHH作为传统悬浮人肝细胞模型，则用于与长期培养体系进行对照。通过这种设计，研究可以更清晰地观察长期培养体系是否能够弥补SHH在慢代谢药物研究中的不足。

实验中，研究人员利用质谱法（MS）分析药物相关物质总量（TDRM），并比较不同模型中的原药消耗比例、I相与II相代谢物种类，以及体外模型结果与人体血浆代谢物结果之间的相关性。这种比较方式不仅关注模型是否能够消耗原药，也关注其是否能够生成具有体内相关性的代谢产物，因此更适合评价长期肝细胞模型在真实药物代谢研究中的应用价值。

![三种长期原代人肝细胞培养模型](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/1413888a9b70ce517606e5670540eaa3.png)

*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，在人体内能够形成多种循环代谢物，因此非常适合作为长期代谢模型的验证对象。对于这类化合物而言，如果体外模型培养时间不足，或者肝细胞代谢功能维持不稳定，就可能无法生成与人体血浆一致的代谢产物，从而影响代谢路径判断与人体相关性预测。

研究结果显示，在HepatoPac、Spheroids和TCS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。这说明，长期培养模型在捕捉慢代谢化合物的人体相关代谢路径方面，整体优于传统悬浮肝细胞体系。对于需要研究多步代谢和低清除率化合物的项目而言，这一点具有重要参考意义。

进一步比较发现，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。该结果提示，Spheroids与TCS在连续代谢过程模拟方面可能具有更强能力。与此同时，HepatoPac在部分氧化代谢物生成方面表现出一定优势，而TCS中M232与M312占比较高，说明不同长期培养模型在不同代谢路径上的表现并不完全一致。

![BI 425809预测代谢途径](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/d287abd7a07b92b5da16e0ccce6d9d3c.png)

*图1：BI 425809预测代谢途径。*

![人血浆和肝细胞中鉴定出的BI 425809及其代谢产物](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/6e02ab4b4e8d7b4d2bb8432069897c48.png)

*表2：人血浆和肝细胞中鉴定出的BI 425809及其代谢产物。*

从BI 425809的结果可以看出，长期原代肝细胞模型能够在更长时间窗口内维持代谢活性，因此更容易观察到SHH中难以生成的连续代谢产物。对于慢代谢药物而言，这类模型更接近人体长期暴露环境，也更适合用于复杂代谢产物鉴定。

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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。此类代谢路径对于体外模型提出了更高要求，因为模型不仅需要完成初级氧化反应，还需要在后续阶段继续进行结合反应。如果体外培养系统的代谢活性维持时间不足，就可能只能观察到早期代谢物，而无法检测到更接近人体体内状态的后续代谢产物。

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HepatoPac、Spheroids和TCS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%，显示其在连续II相代谢物生成方面具有较好表现。

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。对于需要评估葡萄糖醛酸结合、谷胱甘肽结合、硫酸化或其他结合反应的化合物而言，培养时间更长且功能维持更稳定的人原代肝细胞模型，能够提供比传统SHH体系更丰富的代谢信息。

![BI-A的预测代谢途径](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/22c626bc8c86a8b4a94658d2e05c2d49.png)

*图2：BI-A的预测代谢途径。*

![人血浆和肝细胞中鉴定出的BI-A及其代谢产物](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/9b21e5fe9c1bf1891090fb52a88240e1.png)

*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。这类化合物的代谢过程往往不能通过短时间孵育完全呈现，因为其代谢产物生成可能需要多个阶段连续发生，包括初级氧化、进一步结合以及后续转化。

实验结果显示，在SHH体系中几乎无法观察到相关代谢产物，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%。这说明，长期培养体系不仅能够维持较长时间肝细胞活性，也能够支持更复杂的连续代谢路径。

TAK-041的研究结果进一步强调了长期原代肝细胞模型在慢代谢药物研究中的必要性。对于体内会产生多种后续结合代谢物的化合物而言，仅使用SHH可能会低估体内代谢复杂性，而HepatoPac、Spheroids和TCS则能够提供更接近人体长期代谢状态的数据。

![TAK-041的预测代谢途径](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/977407fd85032a1d4ce0306b7bc8cc58.png)

*图3：TAK-041的预测代谢途径。*

![人血浆和肝细胞中鉴定出的TAK-041及其代谢产物](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/211397f3b3f80cfc477378ede365d5a3.png)

*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

除代谢物种类之外，原药消耗比例也是评价不同肝细胞模型代谢能力的重要指标。原药消耗越明显，通常说明该模型对特定化合物的代谢能力越强，但这一指标仍需结合代谢物谱共同解读，因为原药减少并不一定代表生成了与人体相关的关键代谢产物。

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；而HepatoPac则表现出较明显的药物依赖性差异。这说明不同长期模型在不同化合物上的表现并不完全一致，模型选择需要结合具体研究目标和代谢路径。

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。对于药物研发项目而言，这提示研究人员不能简单认为某一种长期培养模型适用于所有化合物，而应根据目标药物的代谢特征、所关注的代谢产物类型以及研究目的进行模型选择。

![孵育7天后不同模型中的原药消耗百分比](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/f7b98958875901b1ae1297bb63e18a1f.png)

*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

长期培养模型相比SHH具有更强的慢代谢研究能力，但不同体系仍然存在各自局限性。SHH模型的优势在于操作简单、使用经验成熟、适合快速筛选，但培养时间短，难以完整模拟连续代谢过程。HepatoPac能够延长肝细胞功能维持时间，但其体系中存在小鼠成纤维细胞背景，在部分研究设计中需要考虑异源细胞影响。Spheroids能够通过三维结构增强细胞间相互作用，但培养后部分CYP450活性可能下降。TCS具有较好的长期培养能力，但其部分培养成分不完全明确，也需要结合具体实验目标进行判断。

因此，在实际药物研发过程中，研究人员通常需要根据化合物类型、代谢路径、研究问题以及实验资源选择合适模型。如果研究重点是快速比较多个化合物的基础代谢稳定性，SHH仍然具有实用价值；如果研究重点是慢代谢药物、连续代谢产物或体内相关代谢物鉴定，则HepatoPac、Spheroids和TCS等长期培养体系更值得考虑。

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、复苏活率不足、代谢酶功能下降或供体差异较大，都可能影响长期代谢研究结果。因此，细胞来源、供体信息、批次质量、冻存复苏状态以及培养体系匹配性，都会直接影响长期原代肝细胞模型的数据稳定性与预测能力。

![体外模型在成本、实用性及注意事项方面的比较](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/d8dee25aa80cf4fc31a7cd6bbaa0fbf2.png)

*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。*

![LifeNet Health人原代肝细胞相关产品](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-12003223/6c2d8071d72b8625f8fca6ee487ab5cd.png)

*图5：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。

从BI 425809、BI-A和TAK-041等化合物的研究结果来看，长期培养模型在人体相关代谢物生成、连续代谢路径模拟以及慢清除化合物研究方面具有明显价值。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、成本、实用性和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、长期培养技术完善以及体外代谢模型标准化程度提升，人原代肝细胞长期培养体系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、体外ADME研究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。**

文章内容参考链接：**[人原代肝细胞应用](https://www.mine-bio.com/LifeNet_PrimaryCells_Medium/) **

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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.

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（Suspended Human Hepatocytes, SHH）由于培养时间较短、代谢活性维持周期有限，往往难以满足慢代谢药物、连续代谢产物以及复杂I相/II相代谢研究需求。因此，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期原代人肝细胞模型，逐渐成为药物代谢研究和ADME评价中的重要体外工具。本文围绕三种长期培养模型与SHH在体外代谢能力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，对不同模型在原药消耗、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，为体外肝代谢模型选择提供技术参考。

人原代肝细胞长期培养模型比较：HepatoPac、Spheroids与TCS在慢代谢药物ADME研究中的应用解析

在人原代肝细胞（Primary Human Hepatocytes, PHH）相关研究中，传统悬浮人肝细胞（Suspended Human Hepatocytes, SHH）由于培养时间较短、代谢活性维持周期有限，往往难以满足慢代谢药物、连续代谢产物以及复杂I相/II相代谢研究需求。因此，HepatoPac、肝细胞球体（Spheroids）以及三培养系统（TCS）等长期原代人肝细胞模型。

应用科学家

其他

长期原代肝细胞模型HepatoPac、Spheroids和TCS在慢代谢药物研究中展现显著优势，能有效维持肝细胞代谢活性，支持复杂I相/II相代谢路径模拟，生成与人体血浆相关的连续代谢产物。相比传统悬浮肝细胞（SHH），长期模型更适用于低清除率药物、多步代谢及ADME评价，为药物研发提供更可靠的体外代谢数据支持。

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