代谢π析(八)——从体外到体内：仓鼠肝S9在药物代谢动力学研究中的多元应用

导读

在前几期「代谢π析」中，我们系统探讨了双诱导仓鼠肝S9在遗传毒性评估中的核心价值——从Ames试验到MLA，从染色体畸变到微核试验。

然而，在药物代谢动力学（DMPK）研究中，还有另一类S9产品发挥着不可替代的作用：非诱导仓鼠肝S9。

与遗传毒性研究需要“较大化代谢活化能力”不同，DMPK研究的目标是模拟正常生理状态下的代谢行为，因此行业金标准使用的是非诱导S9。本期，我们将带您全面了解非诱导仓鼠肝S9在代谢稳定性评估、代谢产物鉴定、种属比较及体外-体内外推（IVIVE）中的多元应用。

技术说明：本文所讨论的DMPK应用场景，均指非诱导仓鼠肝S9。如需双诱仓鼠S9产品用于遗传毒性评估（Ames、MLA、染色体畸变、微核等），请参考本系列前几期内容。

一、DMPK研究中的体外工具矩阵：两种S9的清晰分工

在药物早期研发阶段，评估候选药物的ADME特性是决定项目成败的关键。不同的体外代谢工具各有侧重[3]（详见表1），而S9产品也需要根据研究目的选择不同类型[7] ：

表1不同的体外代谢工具应用场景及优劣势

关键点：在DMPK研究中，行业金标准是使用非诱导S9[6] ，以模拟正常生理状态下的代谢特征。诱导S9（如PB/BNF处理）会人为上调特定CYP酶，导致酶谱改变，可能产生误导性数据[1]

图1：DMPK研究中两种S9类型的分工示意图

表2：两种S9类型适用场景对比表

二、非诱导仓鼠S9在代谢稳定性评估中的应用

2.1 代谢稳定性：预测体内清除率的关键指标

代谢稳定性评估是药物早期筛选的核心环节。通过将候选药物与非诱导肝S9共孵育，测定其随时间变化的底物消耗速率，可以计算体外半衰期（t₁/₂）和固有清除率（CLᵢₙₜ），进而预测体内的药代动力学行为。

为什么使用非诱导S9？

使用非诱导S9是为了模拟正常生理状态下的代谢特征，避免因诱导处理导致的酶谱改变。这一点与遗传毒性研究中使用双诱导S9“较大化活化能力”的逻辑正好相反。

为什么要用仓鼠S9进行代谢稳定性评估？

1. 种属差异考量：仓鼠在某些药物的代谢途径上与人类更接近（如CYP2A、CYP2E1亚家族）[1] [2]

2. Ⅱ相代谢评估：许多药物主要经由Ⅱ相代谢清除（如葡萄糖醛酸化、硫酸化），非诱导仓鼠S9保留了完整的Ⅱ相酶活性

3. 毒理种属匹配：当使用仓鼠作为非临床毒理种属时，使用同种属S9进行体外代谢研究可以提供更相关数据

2.2 非诱导仓鼠S9代谢稳定性试验的标准流程

图2：非诱导仓鼠S9代谢稳定性试验标准流程图

表3：非诱导仓鼠S9代谢稳定性试验标准参数表

2.3 案例：非诱导仓鼠S9揭示种属差异

背景：某小分子候选药物在大鼠体内清除率较低，但在仓鼠体内清除率较高，导致毒理研究中的暴露量差异显著。

体外代谢研究（使用非诱导S9）：

· 使用非诱导仓鼠S9测定：t₁/₂ = 12 min，CLᵢₙₜ = 85 μL/min/mg

· 使用非诱导大鼠S9测定：t₁/₂ = 58 min，CLᵢₙₜ = 18 μL/min/mg

结论：体外代谢数据与体内观察结果一致，非诱导仓鼠S9的代谢稳定性评估准确预测了种属差异。

三、非诱导仓鼠S9在代谢产物鉴定中的应用

3.1 代谢产物鉴定：揭示候选药物的代谢命运

代谢产物鉴定（Metabolite Identification）是理解候选药物清除机制、评估代谢产物安全性的关键步骤。

为什么使用非诱导S9进行代谢产物鉴定？

· 使用非诱导S9获得的代谢产物谱更接近体内真实情况，而诱导S9可能产生非生理相关的代谢产物或掩盖主要代谢途径

· 可以同时捕获Ⅰ相和Ⅱ相代谢产物，比肝微粒体更全面

非诱导仓鼠S9在代谢产物鉴定中的优势[2][4] ：

1. 同时捕获Ⅰ相和Ⅱ相代谢产物：肝微粒体只能检测Ⅰ相和UGT介导的代谢产物，而S9可检测硫酸化、谷胱甘肽结合等更多Ⅱ相产物

2. 更接近体内代谢谱：与肝微粒体相比，非诱导S9产生的代谢产物谱更接近体内观察到的结果

3. 种属比较：使用非诱导仓鼠S9与其他种属S9平行进行代谢产物比较，可以识别种属特异性代谢途径

3.2 代谢产物鉴定标准流程

四、非诱导仓鼠S9在种属比较与体外-体内外推（IVIVE）中的应用

4.1 种属比较：选择合适的非临床毒理种属

在药物研发中，选择与人类代谢特征相似的动物种属进行非临床毒理研究至关重要。

非诱导仓鼠S9在种属比较中的价值[3]：

· 使用非诱导S9才能真实反映各物种的正常代谢能力差异

· 仓鼠在某些药物类别中具有独特的价值：亚硝胺类、尼古丁及相关生物碱、某些前药

种属比较实验设计（均使用非诱导S9）[8] ：

表5：不同种属非诱导S9的选择与应用场景

4.2 体外-体内外推（IVIVE）：从试管到动物

利用体外代谢数据预测体内清除率，是药物早期筛选的核心技术[5] 。对于使用仓鼠作为毒理种属的项目，使用非诱导仓鼠S9进行IVIVE可以提供更准确的预测。

IVIVE计算流程：

五、非诱导仓鼠S9在药物早期筛选中的高通量应用

5.1 高通量代谢稳定性筛选

随着化合物库规模的不断扩大，高通量筛选（HTS）成为药物早期发现的标配。非诱导仓鼠S9因其制备简便、批次稳定、成本适中的特点，适合作为代谢稳定性HTS的工具。

5.2 结构-代谢稳定性关系（SMR）研究

通过使用非诱导仓鼠S9对系列化合物进行代谢稳定性评估，结合化学信息学分析，可以建立结构-代谢稳定性关系模型，指导药物化学的结构优化。

六、两种S9类型的选择指南：一张表讲清楚

表6：不同研究目的下的S9类型选择指南

核心原则：需要“模拟正常生理”时用非诱导S9，需要“较大化活化能力”时用双诱导S9。

七、齐氏生物仓鼠S9产品线

7.1 核心产品

7.2 产品优势

结语

非诱导仓鼠肝S9与双诱导仓鼠肝S9，如同一个硬币的两面，服务于药物研发中两个不同的核心目标：

· 双诱导S9：较大化代谢活化能力，确保遗传毒性评估不出现假阴性

· 非诱导S9：模拟正常生理状态，为DMPK研究提供真实可靠的数据

在药物代谢动力学研究中，非诱导仓鼠肝S9以其“Ⅰ相+Ⅱ相”双重代谢能力、对正常生理状态的忠实反映，以及在高通量筛选中的实用性，成为连接“体外”与“体内”的关键桥梁。

当您的项目需要评估代谢稳定性、鉴定代谢产物、比较种属差异或进行IVIVE时，非诱导仓鼠肝S9将是您值得信赖的研究伙伴。

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参考文献

[1] Evans K, Boitnotte S, Zeiger E, et al. A comparative analysis of select P450 enzymes in uninduced and PB/BNF-induced hamster and rat liver S9[J]. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 2025, 902: 503855.

[2] Raineri R, Poiley JA, Pienta RJ, et al. Greater effectiveness of hepatocyte and liver S9 preparations from hamsters than rat preparations in activating N-nitroso compounds to metabolites mutagenic to Salmonella[J]. Journal of the National Cancer Institute, 1981, 67(5): 1117-1122.

[3] Müller D, Nelles J, Deparade E, et al. The activity of S9-liver fractions from seven species in the Salmonella/mammalian-microsome mutagenicity test[J]. Mutation Research, 1980, 77(3): 279-300.

[4] Shi Q, et al. Metabolism of alcohol ethoxylates (AEs) in rat, hamster, and human hepatocytes and liver S9: a pilot study for metabolic stability, metabolic pathway, and metabolites identification in vitro and in silico[J]. Archives of Toxicology, 2024, 98(8): 2487-2539.

[5] Houston JB, Carlile DJ. Prediction of hepatic clearance from microsomes, hepatocytes, and liver S9 preparations[J]. Drug Metabolism Reviews, 1997, 29(4): 891-922.

[6] Paolini M, Tonelli F, Bauer C, et al. Stability of drug metabolizing enzymes during the incubation conditions of the liver microsomal assay with non-induced and induced mouse liver S-9 fractions[J]. Carcinogenesis, 1987, 8(9): 1179-1184.

[7] Easterbrook J, Lu C, Sakai Y, et al. A comparison of aroclor 1254-induced and uninduced rat liver microsomes to human liver microsomes in phenytoin O-deethylation, coumarin 7-hydroxylation, tolbutamide 4-hydroxylation, S-mephenytoin 4'-hydroxylation, chloroxazone 6-hydroxylation and testosterone 6beta-hydroxylation[J]. Chemico-Biological Interactions, 2001, 134(3): 243-249.

[8] Poiley JA, Raineri R, Pienta RJ, et al. Species specificity affects the choice of S9 preparations for use in the hamster embryo cell transformation system[J]. In Vitro, 1984, 20(8): 602-606.