从小分子到 ADC：NAMkind™ 人源 3D 肝脏模型助力药物 DILI 风险评估

药物性肝损伤（DILI）是造成候选药物临床研发失败与上市后撤回的重要诱因。传统体外肝脏模型受细胞组成、组织结构复杂度限制，难以真实复刻人体肝脏对药物反复暴露的响应特征。因此，构建更贴合人体生理特征的体外肝脏模型，对于早期识别潜在肝毒性、为候选药物安全性评价及研发决策提供支持具有重要意义。

本研究对 VivoSim Labs 开发的 NAMkind™ 人源多细胞 3D 肝脏模型开展效能评估。该模型由多种人源细胞共组装形成 3D 肝球体，结合三磷酸腺苷（ATP）、乳酸脱氢酶（LDH）、白蛋白（Albumin）和谷胱甘肽（GSH）等多终点检测指标，从组织活性、细胞损伤、肝细胞功能及氧化应激水平多个维度实现肝毒性的综合评价。研究采用经过临床数据标定的小分子化合物数据集评估模型的 DILI 风险判别能力，并进一步选取 ADC 药物开展肝毒性特征评价，以期为化合物筛选、基于构效关系（SAR）的药物研发提供可靠决策支撑。

 

实验方法

在实验设计上，研究根据不同化合物的特点，定制给药频率及处理周期，整体处理周期为 7–21 天，以评估药物重复暴露条件下的肝脏反应。研究采用多终点评价策略，从以下四个维度进行检测：

• 组织活性：ATP，反映组织整体活性及代谢状态。
• 肝脏损伤：LDH，评估细胞损伤程度。
• 肝细胞功能：白蛋白，反映肝细胞功能状态。
• 氧化还原状态：GSH，评估细胞氧化还原稳态。

通过多指标联合分析，研究人员能够从不同生物学维度识别药物引起的肝脏功能异常及细胞损伤。

图1. NAMkind™ 肝脏模型的构建及实验评价流程

 

实验结果

1. NAMkind™ 肝脏模型可在较低安全边际下识别肝毒性信号

研究采用安全边际（Margin of Safety，MOS）评价不同化合物的肝脏毒性风险。基于 ATP 检测结果计算的 MOS，反映体外 ATP 毒性效应浓度与临床最大血浆暴露水平（Cmax）之间的比值关系，可用于比较不同化合物的肝毒性风险。结果显示：

• 不同 DILI 风险组呈现明显的 MOS 梯度： ATP MOS 能够较好地区分不同临床 DILI 风险等级的化合物。
• 低 MOS 值反映出较高的毒性敏感性：对于具有肝毒性风险的化合物，模型能够在相对较低的安全边际下检出肝脏功能损伤信号。
• 在接近临床相关暴露水平下检出毒性：模型测得的 MOS 数值低于体外肝脏安全性研究领域通常报道的水平，说明其能够在更接近临床相关暴露的条件下识别潜在肝毒性。
• 多终点检测有助于减少假阴性：部分 ATP MOS 较高的化合物仅通过 ATP 指标判读时未显示明显毒性，但在 LDH、白蛋白或 GSH 等其他检测终点中仍呈现毒性信号。
• 联合检测提升毒性检出能力：相较于单独使用 ATP 指标，结合 LDH、白蛋白和 GSH 等多终点进行综合分析，有助于识别更多潜在肝毒性信号，提高 DILI 风险评价的全面性。

图2. 基于 ATP 安全性边际值（MOS）的 NAMkind™  临床 DILI 风险分层结果

图3. NAMkind™ 肝脏模型多终点评价模型的 DILI 风险预测性能

2. NAMkind™ 肝脏模型可区分同一化学类别内不同化合物的毒性梯度

为进一步验证模型对结构相似化合物的毒性判别能力，研究选取噻唑烷二酮类（Thiazolidinediones，TZDs）药物进行测试，并将模型检测结果与已知临床 DILI 风险进行比较。结果显示，模型检测结果与该类药物已知的临床 DILI 风险排序基本一致：曲格列酮 ≫ 环格列酮 > 吡格列酮 > 罗格列酮 > 洛贝格列酮。

此外，白蛋白、ATP、GSH 三项指标的 MOS 及 LDH 损伤标记均呈现出不同程度的毒性梯度，能够区分同一化学类别中不同衍生物的肝毒性差异。

这一结果表明，NAMkind™ 肝脏模型不仅能够识别不同化合物之间的 DILI 风险差异，还可用于同系列化合物的毒性排序，为基于构效关系（SAR）的先导化合物筛选与结构优化提供参考。

图4. NAMkind™ 肝脏模型对TZD药物肝毒性差异的识别

图5. 不同 TZD 类药物的白蛋白、GSH 及 ATP 多终点剂量反应分析

 

3. NAMkind™ 肝脏模型可依据连接子 / 载荷特征区分 ADC 药物的肝脏毒性风险

抗体药物偶联物（ADC）的肝脏安全性不仅与载荷本身有关，还受到连接子稳定性、载荷释放方式及膜穿透能力等因素影响。本研究选取两种具有不同连接子–载荷特征的 ADC——恩美曲妥珠单抗（trastuzumab emtansine）和德曲妥珠单抗（trastuzumab deruxtecan），通过多终点检测比较其肝脏毒性表现，结果显示：

• 恩美曲妥珠单抗：采用相对稳定的连接子，载荷主要在细胞内释放，表现出相对局限的毒性特征。
• 德曲妥珠单抗：连接子相对更易裂解，且载荷具有细胞膜穿透能力，有利于载荷在更广范围内分布，并产生旁观者效应
• 通过 ATP、LDH、白蛋白及 GSH 等多终点检测，模型能够捕捉不同 ADC 药物在毒性表现上的差异，为分析连接子–载荷组合对肝脏安全性的影响提供了新的评价维度。

图6. NAMkind™ 肝脏模型对不同 ADC 药物肝毒性差异的评价

 

研究结论与应用价值

VivoSim Labs 的 NAMkind™ 肝脏模型是一种基于人源多细胞 3D 肝球体构建的肝脏模型平台，旨在为药物早期肝脏安全性评价及先导化合物优化提供支持。基于包含 92 种经临床数据标定的小分子化合物的数据集，该模型展现出较好的 DILI 风险判别能力，能够对不同临床肝毒性风险等级的化合物进行区分。此外，模型整合 ATP、LDH、白蛋白和 GSH 等多项检测指标，从组织活性、细胞损伤、肝细胞功能及氧化还原状态等多个维度综合评价肝脏毒性，有助于识别单一 ATP 检测可能遗漏的毒性信号。同时，MOS 评价结果显示，该模型能够在接近临床相关暴露水平的条件下识别潜在肝毒性，为不同类型药物的风险分层、化合物排序、构效关系（SAR）优化及早期肝脏安全性评价提供多维度数据参考。