高內涵篩選技術應用于藥物毒理方面的研究進展

李 毅

（武漢市第一醫院藥學部，湖北武漢430022）

高內涵篩選技術應用于藥物毒理方面的研究進展

李 毅

（武漢市第一醫院藥學部，湖北武漢430022）

高內涵篩選技術（HCS）是基于高效新藥篩選需求發展起來的一項新技術，基于活細胞、多參數、低成本、高通量及高靈敏度優點，能夠快速實現對化合物多種生物活性及毒性的早期快速檢測，并且對藥物毒理機制研究提供幫助，是藥物細胞毒理學研究優秀的技術手段。目前，HCS已用于多種靶器官細胞毒性、遺傳毒性、神經毒性等的檢測以及毒理學分子機制的研究。

高內涵；藥物毒性；藥物篩選

高內涵篩選（high content screening，HCS）技術出現于21世紀初，是自動化顯微成像技術與圖像分析技術在藥物研發及細胞生物學方面的一個應用［1］。HCS系統主要由具有自動共聚焦功能的高通量熒光顯微鏡、高精度自動載板與升降平臺、高分辨率CCD相機和安裝有專用圖像處理軟件的計算機工作站組成。HCS技術快速、高效、多指標、可對單個細胞進行觀察的特點使其相對于傳統的細胞檢測手段有著巨大的優勢。作為一種體外藥物毒性研究的新技術，HCS技術正在被嘗試用于體外藥物毒性研究的各個方面。本文以HCS在藥物毒理學方面的應用進展進行綜述。

1 藥物肝毒性檢測

藥源性臟器損傷是導致新藥研發失敗的重要原因，據統計1994～2006年肝毒性導致研發失敗的新藥占所有失敗藥物的37%［2］。O′Brien等［3］利用HCS系統建立了一種快速、準確的多參數藥物肝毒性測定方法，以HepG2細胞建立細胞模型，以細胞數量、細胞膜通透性、核區面積、線粒體膜電位、鈣離子含量為檢測指標，對243種藥物進行測定，并對待測藥物進行3H參入法、Caspase-3活性測定、谷胱甘肽（GSH）含量測定、超氧化物歧化酶（SOD）活性測定、同位素蛋白合成測定、細胞膜完整性測定、細胞活力測定等7項傳統的細胞毒性測定方法與HCS進行比較。實驗結果表明，HCS肝毒性測定靈敏度高達93%，高于傳統方法（25%），特異度為98%，高于傳統測定方法（90%），證明了HCS技術可以準確反映藥物的肝細胞毒性特征。

2 藥物心肌毒性檢測

由藥物引起的心肌毒性是體外毒理研究領域的一個重點，藥源性心肌損傷常會導致強心劑失效。Kim等［4］開發了一種利用HCS系統對藥物心肌毒性檢測方法，利用H9C2細胞，選擇細胞內鈉離子濃度、細胞膜通透性、細胞鉀離子通道滲透性等作為檢測指標，用微流體設備連接HCS成像系統對細胞進行成像，有效降低了樣品的損耗和細胞受污染概率。

3 藥物基因毒性檢測

微核試驗是檢測染色體損傷最常用而有效的細胞遺傳學檢測方法之一，當今許多國家和國際組織均已把它列為誘變試驗的常規方法，并將其規定為新藥毒理學安全性評價的必做試驗［5］。周飛等［6］應用Cellomics ArrayScan HCS系統，檢測8種典型的斷裂劑和非整倍體誘導劑誘發CHO細胞微核發生率。結果顯示，8種陽性物質中7種在微核HCS檢測中呈現陽性結果，結果準確可信。

4 藥物神經毒性檢測

在毒性化合物暴露下，機體往往會出現包括神經傳遞、突觸連接和細胞存活在內的神經系統功能障礙或器質性損傷，從而損害健康甚至對生命造成威脅。作為神經毒性評價的主要動物模型，鼠、兔、狗、猴等哺乳動物存在著實驗周期長、費用高、低通量等諸多弊端［7］。Radio等［8］應用Cellomics ArrayScan V HCS系統考察藥物對神經細胞突觸的作用，以NS-1細胞和原代大鼠小腦顆粒細胞作為細胞模型，用鍵合Alexa Fluor 488的βⅢ微管蛋白抗體對細胞進行染色，考察14種化合物對神經突觸生長的影響。結果顯示，其中5種化合物可以NS-1細胞突觸生長產生抑制作用，4種化合物可以抑制原代大鼠小腦顆粒細胞突觸生長。但7種化合物中，只有苯海拉明會破壞原代大鼠小腦顆粒細胞突觸，證明化合物對于不同種類神經細胞突觸的抑制是有選擇性的。

5 其他靶點藥物毒性檢測

HCS作為體外毒理研究的一項熱門技術，在很多其他靶器官毒理研究方面也有廣泛應用。Vogt等［9］在一項研究中對比了化學比色法HCS在細胞毒性研究方面的不同，選擇了兩個機制不同，但在臨床上均廣為應用的抗腫瘤藥物博來霉素和紫杉醇，應用兩種腫瘤細胞系，同時用化學比色法和HCS觀察藥物的毒性。結果表明化學比色法不足以顯示兩種藥物的毒性差異。相反，HCS可在對細胞數量、線粒體物質和細胞核形態的綜合評價中分析出毒性的差異。

6 小結

中藥由于其成分復雜、多靶點的特點，長期以來難以找到合適的細胞模型檢測方法對其進行研究。HCS技術多指標、高靈敏度、信息直觀的優點克服了之前細胞水平檢測方法的局限性，非常適合于復雜中藥成分的藥理機制研究及藥物毒性檢測。應用HCS技術開展中藥復方的作用機制研究和獨立研究有廣闊的發展前景，對推動中藥研究現代化有重要意義。

［1］Zock JM.Applications of high content screening in life science research［J］.Comb Chem High Throughput Screen，2009，12（9）：870-876.

［2］Dykens JA，Will Y.The significance of mitochondrial toxicity testing in drug development［J］.Drug Discov Today，2007，12（17，18）：777-785.

［3］O’Brien PJ，Irwin W，Diaz D，et al.High concordance of drug-induced human hepatotoxicity with in vitro cytotoxicity measured in a novel cell-based model using high content screening［J］.Arch Toxicol，2006，80（9）：580-604.

［4］Kim MJ，Lee SC，Pal S，et al.High-content screening of drug-induced cardiotoxicity using quantitative single cell imaging cytometry on microfluidic device［J］.Lab Chip，2011，11（1）：104-114.

［5］龔婧婧，黃海濤，米其利，等.微核技術研究進展［J］.生物技術通報，2012，3：49-56.

［6］周飛，林海霞，常艷.CHO細胞體外微核高內涵篩選方法的建立及應用［J］.癌變·畸變·突變，2010，23（1）：31-34，37.

［7］史慧勤.藥物神經毒性評價斑馬魚模型的建立及氯胺酮神經發育毒性機制研究［D］.中國人民解放軍軍事醫學科學院，2012.

［8］Radio NM，Freudenrich TM，Robinette BL，et al.Comparison of PC12 and cerebellar granule cell cultures for evaluating neurite outgrowth using high content analysis［J］.Neurotoxicol Teratol，2010，32（1）：25-35.

［9］Vogt A，Kalb E N，Lazo J S.A scalable high-content cytotoxicity assay insensitive to changes in mitochonidrial metabolicactivity［J］.Oncol Res，2004，14（6）：305-314.

Research progress of high content screening technology for drug toxicology

LI Yi
（Department of Pharmacy，Wuhan No.1 Hospital，Wuhan 430022）

High content screening technology（HCS）is a new technology based on the development of high efficiency new drug screening requirements.And HCS have many advantages of living cells，multi parameter，low cost，high throughput and high sensitivity.It can quickly realize the early detection of many biological activities and toxicity of compounds.And HCS can provide the help to the research on the drug toxicology mechanism，it is the technical method for the study of the drug toxicology.At present，HCS has been used in a variety of target organ toxicity，genetic toxicity，neurotoxicity detection and molecular toxicology mechanism research，the HCS in drug toxicology application progress are reviewed.

High content；Drug toxicity；Drug screening

R965.1

A

1002－2376（2015）11－0017－02

2015－09－06