高内涵筛选技术应用于药物毒理方面的研究进展

李 毅

（武汉市第一医院药学部，湖北武汉430022）

高内涵筛选技术应用于药物毒理方面的研究进展

李 毅

（武汉市第一医院药学部，湖北武汉430022）

高内涵筛选技术（HCS）是基于高效新药筛选需求发展起来的一项新技术，基于活细胞、多参数、低成本、高通量及高灵敏度优点，能够快速实现对化合物多种生物活性及毒性的早期快速检测，并且对药物毒理机制研究提供帮助，是药物细胞毒理学研究优秀的技术手段。目前，HCS已用于多种靶器官细胞毒性、遗传毒性、神经毒性等的检测以及毒理学分子机制的研究。

高内涵；药物毒性；药物筛选

高内涵筛选（high content screening，HCS）技术出现于21世纪初，是自动化显微成像技术与图像分析技术在药物研发及细胞生物学方面的一个应用［1］。HCS系统主要由具有自动共聚焦功能的高通量荧光显微镜、高精度自动载板与升降平台、高分辨率CCD相机和安装有专用图像处理软件的计算机工作站组成。HCS技术快速、高效、多指标、可对单个细胞进行观察的特点使其相对于传统的细胞检测手段有着巨大的优势。作为一种体外药物毒性研究的新技术，HCS技术正在被尝试用于体外药物毒性研究的各个方面。本文以HCS在药物毒理学方面的应用进展进行综述。

1 药物肝毒性检测

药源性脏器损伤是导致新药研发失败的重要原因，据统计1994～2006年肝毒性导致研发失败的新药占所有失败药物的37%［2］。O′Brien等［3］利用HCS系统建立了一种快速、准确的多参数药物肝毒性测定方法，以HepG2细胞建立细胞模型，以细胞数量、细胞膜通透性、核区面积、线粒体膜电位、钙离子含量为检测指标，对243种药物进行测定，并对待测药物进行3H参入法、Caspase-3活性测定、谷胱甘肽（GSH）含量测定、超氧化物歧化酶（SOD）活性测定、同位素蛋白合成测定、细胞膜完整性测定、细胞活力测定等7项传统的细胞毒性测定方法与HCS进行比较。实验结果表明，HCS肝毒性测定灵敏度高达93%，高于传统方法（25%），特异度为98%，高于传统测定方法（90%），证明了HCS技术可以准确反映药物的肝细胞毒性特征。

2 药物心肌毒性检测

由药物引起的心肌毒性是体外毒理研究领域的一个重点，药源性心肌损伤常会导致强心剂失效。Kim等［4］开发了一种利用HCS系统对药物心肌毒性检测方法，利用H9C2细胞，选择细胞内钠离子浓度、细胞膜通透性、细胞钾离子通道渗透性等作为检测指标，用微流体设备连接HCS成像系统对细胞进行成像，有效降低了样品的损耗和细胞受污染概率。

3 药物基因毒性检测

微核试验是检测染色体损伤最常用而有效的细胞遗传学检测方法之一，当今许多国家和国际组织均已把它列为诱变试验的常规方法，并将其规定为新药毒理学安全性评价的必做试验［5］。周飞等［6］应用Cellomics ArrayScan HCS系统，检测8种典型的断裂剂和非整倍体诱导剂诱发CHO细胞微核发生率。结果显示，8种阳性物质中7种在微核HCS检测中呈现阳性结果，结果准确可信。

4 药物神经毒性检测

在毒性化合物暴露下，机体往往会出现包括神经传递、突触连接和细胞存活在内的神经系统功能障碍或器质性损伤，从而损害健康甚至对生命造成威胁。作为神经毒性评价的主要动物模型，鼠、兔、狗、猴等哺乳动物存在着实验周期长、费用高、低通量等诸多弊端［7］。Radio等［8］应用Cellomics ArrayScan V HCS系统考察药物对神经细胞突触的作用，以NS-1细胞和原代大鼠小脑颗粒细胞作为细胞模型，用键合Alexa Fluor 488的βⅢ微管蛋白抗体对细胞进行染色，考察14种化合物对神经突触生长的影响。结果显示，其中5种化合物可以NS-1细胞突触生长产生抑制作用，4种化合物可以抑制原代大鼠小脑颗粒细胞突触生长。但7种化合物中，只有苯海拉明会破坏原代大鼠小脑颗粒细胞突触，证明化合物对于不同种类神经细胞突触的抑制是有选择性的。

5 其他靶点药物毒性检测

HCS作为体外毒理研究的一项热门技术，在很多其他靶器官毒理研究方面也有广泛应用。Vogt等［9］在一项研究中对比了化学比色法HCS在细胞毒性研究方面的不同，选择了两个机制不同，但在临床上均广为应用的抗肿瘤药物博来霉素和紫杉醇，应用两种肿瘤细胞系，同时用化学比色法和HCS观察药物的毒性。结果表明化学比色法不足以显示两种药物的毒性差异。相反，HCS可在对细胞数量、线粒体物质和细胞核形态的综合评价中分析出毒性的差异。

6 小结

中药由于其成分复杂、多靶点的特点，长期以来难以找到合适的细胞模型检测方法对其进行研究。HCS技术多指标、高灵敏度、信息直观的优点克服了之前细胞水平检测方法的局限性，非常适合于复杂中药成分的药理机制研究及药物毒性检测。应用HCS技术开展中药复方的作用机制研究和独立研究有广阔的发展前景，对推动中药研究现代化有重要意义。

［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］龚婧婧，黄海涛，米其利，等.微核技术研究进展［J］.生物技术通报，2012，3：49-56.

［6］周飞，林海霞，常艳.CHO细胞体外微核高内涵筛选方法的建立及应用［J］.癌变·畸变·突变，2010，23（1）：31-34，37.

［7］史慧勤.药物神经毒性评价斑马鱼模型的建立及氯胺酮神经发育毒性机制研究［D］.中国人民解放军军事医学科学院，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