日益凸显的线粒体毒性评估在药物研发中的重要性

“首先，不造成伤害。”这是医疗伦理实践的基本原则，也是药物研究和开发领域的警示故事。历史上，开发出对特定医疗状况有积极影响的药物是一回事，确保药物不会在其他方面引起意外的健康问题则是另一回事。线粒体毒性就是一个很好的例子。

 

线粒体毒性的警示

线粒体功能损坏是有危害的，与药源性肝损伤、心脏和神经损伤等有关，导致药物研发失败甚至导致上市后药物被撤回。在千禧年之交，一些药物因导致肝脏衰竭而被迅速撤市，这些失败案例让相关公司付出了巨大代价。其中，一种名为曲格列酮的治疗糖尿病的药物与 400 多例急性肝衰竭病例有关，为其开发者带来了数亿美元的法律成本。这些事件凸显了将线粒体毒性作为药物安全性核心标准的重要性。

 

传统毒性测试的局限性

传统的体外细胞毒性测试（如依赖哺乳动物细胞的测试）可能无法准确预测体内情况，因为这些细胞可以通过 Crabtree 效应（加速糖酵解和抑制线粒体功能）来绕过某些毒性，导致潜在的线粒体毒素在特定实验条件下被遗漏。

 

实时线粒体功能检测的突破

早期的线粒体呼吸测量方法（如 Clark 电极法）不适合药物行业的高通量需求。Luxcel Bioscience（现为 Agilent 的一部分）与辉瑞合作开发的 Glu/Gal 实验是线粒体毒性评估的一个里程碑，但这种方法在敏感性和区分药物作用机制方面存在局限性。为了克服这些限制，Agilent Seahorse 推出了实时检测线粒体功能的实验方法，这些方法采用对氧和 pH 特异性的荧光探针，可高灵敏度检测氧消耗和糖酵解水平，满足了药物开发实验室的实际需求。

 

Agilent Seahorse XF 检测平台

Agilent Seahorse XF 检测平台和实时代谢检测试剂盒的推出，为及时有效地检测线粒体健康程度提供了新的途径。Genentech 的科学家们比较了传统的 Glu/Gal 实验和基于 Agilent Seahorse XF 的方法（特别是 XF Mito Stress Test，MST），发现后者能够识别出 Glu/Gal 方法无法识别的线粒体毒素。

 

XF Mito Stress Test（MST）实验

MST 实验可以分析多个与线粒体健康相关的参数，包括基础呼吸、ATP 关联呼吸、最大和储备呼吸以及非线粒体呼吸。MST 实验能够敏感且清晰地展示曲格列酮这种线粒体毒素的剂量依赖性毒性，而 Glu/Gal 方法则未能检测到。

 

Agilent Seahorse XF 实验和 Glu/Gal 实验的比较

(A) Seahorse XF 实验显示曲格列酮有明显的线粒体毒性并于剂量相关；(B) 使用 Glu/Gal 方法未检测到曲格列酮的线粒体毒性

 

XF Mito Tox 实验

基于 MST 实验的原理，Agilent 开发了 XF Mito Tox 实验解决方案，该方案可以轻松集成到药物研发工作流程中。通过将线粒体毒性检测纳入到早期药物安全测定过程中，可以及早识别化合物对线粒体功能的影响，可以优化上游化合物化学性质，避免后期开发阶段的损耗并降低药物开发流程的风险。

 

Seahorse XF 线粒体毒性测定结果

左图：化合物库筛查得到的抑制剂热图；右图：抑制剂的 10 个数据点剂量反应曲线和 IC₅₀ 值

 

随着药物研发领域对线粒体毒性评估的需求日益增长，Agilent 的技术和解决方案为科学家们提供了强有力的工具，以确保新药物的安全性和有效性。通过这些先进的实验方法，我们可以更有信心地识别和规避可能的线粒体毒素，从而保护患者的健康并加速药物的开发进程。