上海富衡| 人结肠癌细胞Caco-2：特性、应用与研究进展

一、Caco-2细胞的生物学特性

Caco-2细胞是源自人结直肠腺癌的经典细胞系，由72岁白人男性患者的直肠原位癌组织分离建立（1975年）其核心特性包括：

1. 形态与分化：贴壁生长，呈上皮细胞样形态，分化后形成连续单层，具有紧密连接、微绒毛等极化结构，模拟小肠上皮屏障功能。
2. 表达肠道刷状缘酶系（如碱性磷酸酶、蔗糖酶）及转运系统（维生素B12、氨基酸主动转运）。
3. 遗传与代谢特征：携带结肠腺癌相关基因突变，如维甲酸结合蛋白I/II阳性，角质蛋白表达显著。
4. 低表达细胞色素P450同工酶，但保留羧酸酯酶、葡萄糖醛酸转移酶等代谢酶活性，适用于药物代谢研究。

   二、Caco-2在科研中的多维应用

   1. 药物吸收与代谢研究

   • 口服药物筛选：通过单层细胞模型评估药物表观渗透系数（Papp），预测人体小肠吸收效率（Papp>2×10⁻⁶ cm/s为高吸收药物）。
   • 研究前药设计，如苯妥英磷酯化后吸收率提升，验证赋形剂对生物利用度的影响。
   • 代谢机制解析：类黄酮物质（如5,7-二羟黄酮）在Caco-2中发生硫酸盐化与葡萄糖醛酸化，揭示二相代谢途径的关键作用。

   2. 抗肿瘤药物机制研究

   • 药物敏感性评价：阿司匹林：通过抑制COX酶与调节Bcl-2家族蛋白（Bax/Bcl-2），以剂量依赖性诱导凋亡。
   • 塞来昔布：靶向抑制COX-2/Survivin mRNA表达，阻断增殖信号通路。
   • 顺铂：通过DNA交联触发线粒体凋亡途径，作用效果与浓度正相关。
   • 基因调控机制：ANXA2基因敲除显著抑制细胞迁移，microRNA-145过表达减缓增殖速率。

   3. 肠道屏障与毒性评估

   • 氧化应激模型：H₂O₂诱导细胞损伤，验证抗氧化剂（如硒化合物）的保护效应。
   • 环境毒素检测：邻苯二甲酸酯（DINP）激活NF-κB通路，促进炎症因子（IL-6）释放。

   三、Caco-2细胞标准化培养指南

   1. 培养基与传代操作

   • 培养基配方：MEM基础培养基+20%胎牛血清（FBS）+1% NEAA（非必需氨基酸），pH 7.2-7.4。
   • 传代要点：胰酶消化1-3分钟，以1:2~1:3比例接种，避免机械损伤导致聚团。
   • 贴壁困难时采用胶原包被培养皿，或临时提高FBS浓度至15%。

   2. 质量控制与注意事项

   • 分化周期：单层形成需21天，跨膜电阻（TEER）稳定后可用于转运实验。
   • 常见问题：空泡现象：高密度培养时出现巨大空泡属正常特征，不影响实验。
   • 代谢酶活性波动：长期传代需通过STR鉴定监测遗传稳定性。

     四、研究前沿与挑战

     1. 技术创新方向

     • 3D类器官模型：与成纤维细胞共培养构建肠道微环境，提升药物渗透动态模拟精度。
     • 基因编辑优化：CRISPR/Cas9构建P-gP泵敲除模型，解析药物外排机制。

     2. 模型局限性

     • 代谢差异：细胞色素P450酶活性低于原代小肠细胞，需通过1α,25-二羟维生素D3诱导提升。
     • 黏液层缺失：无法完全模拟肠道黏液屏障，需结合人工黏液涂层技术改进。

     Caco-2细胞作为肠道吸收与肿瘤研究的“金标准”模型，在药物开发、毒性评估及基因机制解析中具有不可替代的价值。尽管存在代谢酶活性低、培养周期长等局限，但其高仿生性与可重复性仍推动着新药研发与精准医学的进步。未来，通过类器官构建与多组学整合技术，Caco-2模型将进一步突破应用边界，为肠道疾病治疗提供更精准的解决方案。