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化合物肝臟毒性體外細胞評價
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一、肝臟毒性簡介 肝臟是人類與動物最重要的器官之一,它擔(dān)任著代謝與解毒兩大最主要的功能,但它極容易遭受到多種因素的損傷(如:肝炎病毒、藥物毒性、食物發(fā)霉或酒精等)。由這些因素引發(fā)的急性肝損傷(Acute liver failure,ALF)會導(dǎo)致肝細胞大面積壞死或凋亡、肝細胞脂肪變性、炎癥反應(yīng)以及氧化應(yīng)激,甚至肝功能損害,它是一種嚴重的疾病并伴有較高的死亡率。因此,采取有效改善肝臟損傷的措施,可能對肝臟疾病的防治起到至關(guān)重要作用。 至今,藥物性肝損傷(drug-induced liver injury,DILI)仍然是全球一項嚴重的公共衛(wèi)生問題,而由對乙酰氨基酚(Acetaminophen,APAP)誘導(dǎo)的 ALF 占其主導(dǎo)地位。過量的 APAP 在肝臟經(jīng)過一系列的反應(yīng),會產(chǎn)生大量活性氧(ROS)引起肝臟嚴重的氧化損傷,最終導(dǎo)致急性肝損傷。因此,抑制過度的炎癥反應(yīng)和劇烈的氧化應(yīng)激在防治這兩種肝損傷的致病過程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。 藥物中毒不僅是歐洲國家是主要導(dǎo)致急性肝損傷的因素,在我國也是主要引起急性肝損傷的原因。據(jù)統(tǒng)計,在美國,藥物性肝損傷(drug-induced liver injury,DILI)患者在總急性肝衰竭患者中占有約 57 %的比例,在英國(占 51 %),而在蘇格蘭高達 75 %。在我國,據(jù)全國多中心急性藥物性肝損傷住院病歷調(diào)查分析結(jié)果顯示,急性藥物性肝損傷的發(fā)病率呈逐年增加趨勢。 二、肝臟毒性機理 在藥物中毒引起的急性肝損傷中,由對乙酰氨基酚(Acetaminophen,APAP)導(dǎo)致的急性肝損傷占其主導(dǎo)地位。在治療劑量下,APAP大部分被二磷酸尿核苷(UDP)葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶(UGT)和硫酸基轉(zhuǎn)移酶(SULT)等 II 期代謝酶代謝成無毒化合物,隨尿液排出。只有很小一部分以不變的方式排泄在尿液中。其余約 5-9 %APAP 由細胞色素 P450 酶(CYPs)代謝,主要由 CYP2E1 轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)性的中間代謝物 N-乙酰苯亞胺基醌(NAPQI)。一般來說,NAPQI 通過與谷胱甘肽(GSH)結(jié)合而迅速解毒。然而,當(dāng) APAP 過量時會導(dǎo)致 II 期代謝酶飽和,產(chǎn)生過量的 NAPQI 會使谷胱甘肽(glutathione,GSH)消耗殆盡,從而剩下的 NAPQI 則會與細胞膜分子發(fā)生反應(yīng),尤其與線粒體蛋白中巰基的共價結(jié)合,進而導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激和功能障礙,最終引起肝細胞壞死。 急性肝損傷(ALF)的致病機制極為復(fù)雜,其中氧化應(yīng)激、線粒體功能失調(diào)、炎癥反應(yīng)以及自噬等與其都有著密切的關(guān)聯(lián)。 氧化應(yīng)激是指體內(nèi)的氧化與抗氧化系統(tǒng)的平衡失調(diào),活性氧(reactive oxygen species,ROS)過度積累從而導(dǎo)致組織細胞損傷。在 APAP 誘導(dǎo)的急性肝損傷過程中,過多的 APAP 被細胞色素 P450 酶代謝成 NAPQI,它的過度積累進而干擾線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物 I/II(ETC),導(dǎo)致電子從 ETC 向氧泄漏,形成超氧自由基。超氧化物自由基一旦形成,就會在線粒體中被錳超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase,MnSOD)分解成H2O2和O2,或與內(nèi)源性NO反應(yīng)形成過氧亞硝基(ONOO−)。然而,H2O2能夠被肝細胞中的 GSH、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)、過氧化物還原酶(peroxiredoxin,Prx)等多種抗氧化酶清除。同時,線粒體中形成的 ONOO−也可與 GSH 反應(yīng),從而被清除。由于這些過量的自由基會導(dǎo)致 GSH 耗竭,引起 ONOO−的積累,進而使硝基酪氨酸蛋白加合物的形成,最終引發(fā)線粒體 DNA 的損傷和肝毒性。目前,N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl cysteine,NAC)是臨床上治療 APAP 誘導(dǎo)的 ALF 在用的解毒劑,它主要通過補充 GSH 來增強 NAPQI 的解毒作用。但是,該藥物還存在一些缺陷,比如副作用和治療窗口狹窄等問題。一般來說,NAC 的不良反應(yīng)不會危及生命,但也會引起惡心、嘔吐和初始輸注時的過敏性反應(yīng)。同時,它的解毒效果,主要是針對 APAP 中毒前 8 小時,之后治療效果明顯開始下降。因此,探究一些有效治療 APAP 肝損傷的藥物和潛在靶標,特別是對于那些在晚期出現(xiàn)的患者,仍然相當(dāng)需要。近年來,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多分子參與 APAP 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié),尤其是 Nrf2,這些分子可能是 APAP 誘導(dǎo)的 ALF 潛在的治療靶點。 在許多方面,炎癥是一種機體改善組織損傷和愈合的生理反應(yīng)。然而,炎癥過程的嚴重失衡會導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生及各種組織損傷。過度的炎癥反應(yīng)也是引發(fā) ALF 發(fā)生的主要原因之一。首先,多種炎性因子可以直接或間接的方式參與肝組織的損傷。如:腫瘤壞死因子(TNF-α)作為一種關(guān)鍵的炎性因子,不僅伴隨各種肝臟疾病的發(fā)生與發(fā)展,而且它的含量高低與肝臟疾病的嚴重程度呈正相關(guān)。同時,TNF-α 能直接通過介導(dǎo) TNF-R1 誘發(fā)肝細胞凋亡,或間接通過誘生多種細胞因子產(chǎn)生,并形成復(fù)雜的炎性因子網(wǎng)絡(luò),加劇肝損傷的進展。另外,白介素 1(IL-1)也是一種較強的促炎因子,它可誘導(dǎo)中性粒細胞和血管內(nèi)皮細胞表達黏附分子,并引發(fā)其他炎性因子的分泌,進而參與炎性反應(yīng)。其次,IL-6 的生物學(xué)活性廣泛,能促進 B 細胞的增殖分化并產(chǎn)生抗體,增多免疫復(fù)合物的形成,并引起炎癥反應(yīng)和靶細胞的損傷?傊,這些炎性因子的過多產(chǎn)生會加重肝臟病理組織損傷。大量文獻報道,多種信號分子的激活(包括 NF-κB,MAPK 和 Txnip/NLRP3 炎性小體)參與炎癥反應(yīng),在肝損傷中發(fā)揮著十分重要的作用。 自噬是一種分解代謝溶酶體降解過程,最早由 de Duve 和 Wattianux 在 50 年前發(fā)現(xiàn)于肝臟中。目前已發(fā)現(xiàn) 30 多個自噬相關(guān)(Atg)基因,它們通過多種信號通路調(diào)控自噬過程。在這個過程中,Beclin-1 結(jié)合于分隔膜,主要負責(zé)募集Atg 家族蛋白,使 Atg12-Atg5-Atg16 復(fù)合物形成,進而促進前自噬泡形成;進一步募集 LC3-II 結(jié)合到分隔膜, 加速自噬體外膜的延展擴張,導(dǎo)致Atg12-Atg5-Atg16 復(fù)合物的脫落,促進成熟自噬體形成;自噬激活時 LC3-I型迅速轉(zhuǎn)化為 II 型,并定位于前自噬體和自噬體,在其他 Atg 脫落后,成為自噬體形成的標志性分子。一旦自噬體與溶酶體融合,自噬體內(nèi)的 LC3-II 即被溶酶體中的水解酶降解。另外,AMPK 和 mTOR 激酶也是自噬的關(guān)鍵調(diào)控分子。目前,越來越多的證據(jù)支持自噬和細胞死亡之間的交叉作用。在應(yīng)激反應(yīng)中,細胞利用自噬作為一種生存機制,在饑餓過程中產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì),消滅入侵的病原體,清除受損的蛋白質(zhì)和細胞器,從而得以生存。在肝臟中,基礎(chǔ)自噬似乎是維持肝臟穩(wěn)態(tài)和細胞存活的關(guān)鍵,因為小鼠肝臟中 Atg5 或 Atg7 基因缺失導(dǎo)致細胞死亡增加,嚴重的肝腫大和肝損傷。 據(jù)大量研究表明,在急性肝損傷疾病的發(fā)生發(fā)展過程中,有多種信號通路直接或間接參與肝損傷的調(diào)節(jié)。其中主要的信號通路有 TLR4-MAPK/-NF-κB,Txnip,NLRP3 炎性小體和 Nrf2 等。 三、肝臟毒性體外評價方法 目前肝細胞毒性仍主要采用傳統(tǒng)的評價技術(shù)和手段,在靈敏度和特異性等方面均存在一定的缺陷。隨著3Rs(reduction、replacement、refinement)原則的實施,體外替代研究逐漸成為熱點。體外高通量研究與傳統(tǒng)的試驗方法比較,具有相對客觀性,能快速準確地對受試物的毒性進行篩選,節(jié)省人力并保障實驗動物的福利。歐洲替代方法驗證中心(European Centre for the Validation of Alternative Methods,ECVAM)等目前已建立了一些關(guān)于體外肝毒性的快速檢測方法,并成功應(yīng)用于1 000 多種化合物的快速篩選,準確性較高。金家金利用高內(nèi)涵篩選分析技術(shù)(high content screening,HCS)針對HepaG2 細胞的細胞數(shù)目、DNA 含量、總谷胱甘肽(glutathione,GSH)水平、ROS 活性氧簇(reactive oxidative species,ROS ) 水平及線粒體膜電位( mitochondrialmembrane potential,MMP)等指標進行定量或定性檢測,經(jīng)比較與MTT 比色法結(jié)果基本一致。 線粒體是細胞能量代謝的主要細胞器,還能調(diào)控胞內(nèi)各種信號傳導(dǎo)。有研究表明線粒體是許多藥物毒性產(chǎn)生的靶點,藥物的不良反應(yīng)有可能與線粒體受損有直接或間接的關(guān)系。肝臟含有大量線粒體供應(yīng)其代謝所需能量,F(xiàn)DA等機構(gòu)也明確要求線粒體毒性應(yīng)納入藥物安全性評價中。我司以Hep G2細胞建立體外模型,檢測化合物對線粒體造成的毒性作用。 我們可進行大量化合物的高通量毒性篩選,為客戶高效可靠的化合物篩選服務(wù)。以下是肝毒性化合物Tamoxifen在肝細胞上作用的部分數(shù)據(jù)。 怎么圖片不能放在正文中,也沒看到其他地方放圖片的。!抱歉,里面涉及的流程圖與結(jié)果圖不知道咋放進來。 主要參考文獻: 1、《甘草查耳酮A對急性肝損傷的保護作用及其機制的研究》 呂紅明 2019年 2、《人源HepaRG 肝細胞毒性與遺傳毒性高通量篩選方法的初步建立》 文海若等 2017年 |
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