用于 DMPK 研究的人源化小鼠模型

DMPK（药物代谢和药代动力学）研究是临床前药物发现项目的必要组成部分。它独立于治疗方式或疾病领域之外，对于了解疗法的全身和局部效果至关重要。典型的 DMPK 研究评估特定疗法的吸收、分布、代谢和排泄 (ADME) 特征¹。DMPK 研究通常使用体外和体内模型。基于细胞的体外模型简单且经济有效，可用于评估特定的 PK 终点，包括溶解度和亲脂性、微粒体和血浆稳定性、与血浆蛋白的结合、肝细胞毒性和药物相互作用²。明确的体外模型非常适合回答药物的特定性质，例如水溶性与脂溶性以及血浆蛋白对药物的降解。肝细胞微粒体是了解疗法代谢途径的宝贵工具，因为微粒体包含多种与药物代谢相关的酶，如酯酶、细胞色素 P450 酶等²。此外，肝细胞的早期毒性研究是快速评估给定药物是否具有极高毒性的方法²。  从本质上讲，体外 DMPK 模型是评估新疗法的生物物理特性及早期毒性的良好初始筛选方法。然而，需要体内模型来进行全面、系统的 PK 分析。

DMPK 研究中使用了多个物种，包括小鼠、大鼠、兔子和非人类灵长类动物、狗、鸡等大型动物。新型小分子药物 PK 特性的快照可以通过 RACE（化合物暴露快速评估）获得，用同一种配方、剂量、采样和给药途径对一小群动物进行截断研究³。 RACE 研究分析血浆中的药物水平，以确定化合物的优先级，从而推进全面的 PK 研究。全面的 PK 研究包括广泛的终点，因此研究的设计将取决于治疗方式、给药途径和配方。然而，值得注意的是，药物代谢和分布存在物种特异性差异，最明确的差异之一是啮齿动物消除药物的速度比人类快得多⁴。此外，CYP450 药物代谢酶的特定表达因物种而异。为了解释人类与啮齿动物 ADME 的差异，人源化小鼠模型越来越多地用于生成人类相关的 DMPK 数据。

一种经过充分表征的人源化小鼠模型是 PXB 小鼠模型，该模型具有人源化肝脏，可概括人类肝功能，包括关键药物代谢酶的表达⁵。  PXB 小鼠通过在 SCID 背景下消融内源性小鼠肝细胞后植入人肝细胞而产生。用于 DMPK 研究的人源化小鼠模型用人类直系同源物取代小鼠 CYP450 酶，但因 CYP450 酶家族存在显著冗余，导致数据混淆。有报道称有几种转基因小鼠模型用特定的人类版本取代小鼠CYP 酶，包括 CYP1A1/A3、CYP2A6 和 CYP3A，但这些模型具有显着的局限性，因为引入人类蛋白质后，小鼠酶的表达可能被改变，同时也会出现其他 CYP 酶表达的补偿性变化⁷。除了 CYP450 转基因模型外， UGT 人源化小鼠品系也被开发出来，但这些品系仅适用于特定的异生素⁷。研究人员开发了一种特定的人源化小鼠模型——8HUM小鼠，以克服CYP部分人源化的局限性。8HUM 小鼠具有 33 种 CYP450 人类酶以及 Car 和 Pxr，它们是调节 CYP450 家族表达的受体⁸。这种用人类蛋白质大规模替代小鼠药物代谢的方法已被证明可以代表人类药物代谢^{8, 9}。8HUM 小鼠已可以产生人类特定的药物代谢谱，并具有良好的微粒体稳定性⁹。

虽然 DMPK 始终是药物发现的关键组成部分，但必须开发更先进的下一代体内模型来改善从啮齿动物到人类的转化，从而减少由于PK 数据不足或可翻译性较差而导致的临床前药物发现管道的损耗。

参考文献:

¹https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/articles/what-is-dmpk-drug-metabolism-and-pharmacokinetics-345333

²https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK326710/

³https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3694733/

⁴https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924857902000225

⁵https://www.transpharmation.com/pxb-mouse-studies

⁶https://www.phoenixbio.com/products/pxb-mouse

⁷https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6310623/

⁸https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6505380/

⁹https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2315069121