WI-38

體外培養的WI-38細胞(左:高密度時的圖像。右:低密度時的圖像)

WI-38是一種生物醫學領域常用的細胞系英语cell line,其本質爲體外in vitro)培養的人成纖維細胞。該細胞系由美國生物學家雷納德·海弗里克英语Leonard Hayflick於1960年建立。海弗里克於隨後的研究中以WI-38爲實驗材料,發現了海弗里克極限[1],爲後來獲得諾貝爾生理醫學獎端粒酶研究打下基礎。

與通常爲非整倍體的永生化細胞系(如腫瘤細胞、轉化處理後的細胞)不同,WI-38細胞在體外培養時基因組能維持二倍體狀態,各方面的性狀均與正常細胞接近。加上WI-38細胞的差異較不同的原代培養細胞株之間的差異小,因而WI-38在生命科學領域得到了廣泛的應用。WI-38尤其常用於疫苗研製或腫瘤發生機理的研究[2]

WI-38細胞爲有限細胞系,一般在培養50代左右後會衰老死亡,理論上,WI-38細胞最終會徹底耗盡。但因爲海弗里克在1960年代建系時凍存了數百管傳代8次的原代培養人胚肺成纖維細胞(即後來的WI-38細胞),因此,WI-38細胞能在相當長一段時間內滿足研究者的需求。根據一篇發表於1976年的文章,即使只討論一半由海弗里克凍存的WI-38細胞,也需要自那時起66年後WI-38細胞才會徹底用盡[3]

特徵

圖A爲低傳代數(上)及高傳代數(下)的WI-38細胞β-半乳糖苷酶活性分析,藍色越深說明該部位酶活性越強。此圖說明高傳代數的衰老WI-38細胞β-半乳糖苷酶活性更高。圖B爲低傳代數及高傳代數的WI-38Western Blot(西方墨點法)分析結果。β-肌動蛋白(actin),可以說明高傳代數的衰老WI-38細胞p53p16蛋白表達明顯升高,而SIRT1、HuR基因表達下降。此圖來自伯納德·S·馬拉薩(Bernard S. Marasa)等於2010年發表於開放獲取學術期刊《衰老》(Aging (Albany NY))上的一篇文章[4]

WI-38的本質爲體外培養的人胚肺成纖維細胞,通過相差顯微鏡等可以觀察到,體外培養的WI-38細胞的形態成梭形,界限較模糊。細胞核體積較大,呈圓形,可能含有多個核仁[5][6]。與常用的永生化細胞系不同,WI-38爲有限細胞系,在體外培養時能維持二倍體狀態,各方面特性與正常的體細胞更接近。WI-38細胞在培養的早期,細胞分裂相對較快。但培養到一定代數後(大約在細胞分裂50次左右後),細胞開始整體衰老,分裂會開始減緩,甚至細胞數目不會進一步增加(此現象稱爲海弗里克極限)。隨着細胞進一步衰老,細胞會開始大面積凋亡,直至最後全部死亡。根據端粒酶學說,上述現象是由端粒縮短造成。當細胞分裂到一定次數後,染色體兩端的端粒序列已用盡,更內部的編碼區域開始被截短,造成細胞衰老死亡[7][1]。但研究者根據需要可以使用射線照射、病毒轉化等手段處理WI-38細胞使其永生化。永生化後的WI-38能夠無限生長分裂,但同時染色體組等性狀也會發生變化[8][9]

研究表明,WI-38細胞爲終末分化的細胞,不再具有任何分化潛能[5]

培養方法

研究人員可以從ATCC(美国典型培养物保藏中心)等機構購入WI-38細胞。在收到凍存的WI-38細胞後,對其進行復甦。體外培養WI-38細胞使用加有10%胎牛血清(FBS)的DMEMEMEM等最小限度培養基培養即可。平時,WI-38應放在含有5%二氧化碳的37攝氏度無菌培養箱中。另外,可以根據需要,向培養基中加入1%青黴素-鏈黴素以減少細菌污染風險。WI-38傳代時,使用0.25%胰酶消化細胞,處理後再以1:2-1:4的比例將細胞轉入新的培養皿中。如需凍存WI-38細胞,應使用95%培養基+5%DMSO配成的凍存液懸浮細胞後放入液氮中儲存[10][11]

應用

相較經過惡性轉化或本身就是腫瘤細胞的永生細胞系,WI-38更接近於正常狀態下的人體細胞。因此,WI-38細胞系在疫苗研發及腫瘤生物學研究中佔有重要的地位。

疫苗研發

腫瘤生物學研究

在腫瘤生物學研究中,WI-38可以作爲代表正常細胞的實驗組或對照組。比如,研究者可以用WI-38作對照組研究抗癌藥物/療法對正常細胞有無殺傷作用等,亦可以用WI-38作爲模型確認某種方法是否能有效減輕接受某一抗癌療法的副作用[12][13]。另外,腫瘤生物學研究者亦可以用WI-38研究致癌因子的作用。比如,研究者如果想確認某一病毒對腫瘤的形成是否有促進作用,可以在體外用此病毒感染WI-38細胞,再觀察接受過此種處理的WI-38發生惡性轉化的機率是否提高[14]

歷史

倫理學爭議

參見

參考

  1. ^ 1.0 1.1 Hayflick, Leonard. The Limited in vitro Lifetime of Human Diploid Cell Strains. Experimental Cell Research. March 1965, 37: 614–636. PMID 14315085. doi:10.1016/0014-4827(65)90211-9. 
  2. ^ Ahmed, EK; Picot, CR; Bulteau, AL; Friguet, B. Protein oxidative modifications and replicative senescence of WI-38 human embryonic fibroblasts.. Annals of the New York Academy of Sciences. November 2007, 1119: 88–96. PMID 18056958. doi:10.1196/annals.1404.020. 
  3. ^ Nicholas Wade. Hayflick's Tragedy: The Rise and Fall of a Human Cell Line. Science:New Series, Vol. 192, No. 4235 (Apr. 9, 1976), pp. 125-127. 
  4. ^ Bernard S. Marasa; 等. MicroRNA profiling in human diploid fibroblasts uncovers miR-519 role in replicative senescence. Aging (Albany NY). 2010 Jun; 2(6): 333–343. 
  5. ^ 5.0 5.1 Eckhard Alt; 等. Fibroblasts share mesenchymal phenotypes with stem cells, but lack their differentiation and colony-forming potential. Biol. Cell (2011) 103, 197-208. 
  6. ^ JOHN J. WOLOSEWICK; KEITH R. PORTER. Observation on the morphological heterogeneity of WI-38 cells.. Am J Anat. 1977 Jun;149(2):197-225. 
  7. ^ Olovnikov AM. Telomeres, telomerase and aging: Origin of the theory. Exp. Gerontol. 1996, 31 (4): 443–448. PMID 9415101. doi:10.1016/0531-5565(96)00005-8. 
  8. ^ EFTHYMIOS POULIOS; IOANNIS P. TROUGAKOS; EFSTATHIOS S. GONOS. Comparative Effects of Hypoxia on Normal and Immortalized Human Diploid Fibroblasts. ANTICANCER RESEARCH 26: 2165-2168 (2006). 
  9. ^ Tao L; Price GB; 等. Immortalization of human WI38 cells is associated with differential activation of the c-myc origins.. J Cell Biochem. 2001;82(3):522-34. 
  10. ^ WI-38 cells. ATCC. [2017-08-17]. 
  11. ^ Hayflick, Leonard; Moorhead PS. The serial cultivation of human diploid cell strains.. Experimental Cell Research. December 1961, 25: 585–621. PMID 13905658. doi:10.1016/0014-4827(61)90192-6. 
  12. ^ Xiuying Pu, Jing Ren; 等. Guiqi polysaccharide protects the normal human fetal lung fibroblast WI-38 cells from H2O2-induced premature senescence. Int J Clin Exp Pathol. 2015; 8(5): 4398–4407. 
  13. ^ L Ren; 等. MRI-visible liposome nanovehicles for potential tumor-targeted delivery of multimodal therapies.. 
  14. ^ P.A. Voute; A. Barrett; H.J.G. Bloom; J. Lemerle, M.K. Neidhardt. Cancer in Children: Clinical Management. Springer Science & Business Media. 6 December 2012: 65–66. ISBN 978-3-642-96889-1.