多組學技術發現13個實驗室的HeLa細胞系存在顯著變異

　　生物學研究的重復性一直是研究者重點關注的問題，除去實驗誤差、統計學P值、數據采集質量、研究者主觀因素等，實驗材料不同也可能造成迥異的實驗結果。腫瘤細胞系作為一種重要實驗材料，在各研究中被廣泛使用。然而，眾所周知，目前腫瘤細胞系的污染、命名、與注釋均有可能產生問題【1】。那么，如果不同實驗室使用了命名相同且正確注釋的細胞系，能否一定能做出相同的實驗室結果呢？

　　2019年2月18號，耶魯大學醫學院藥理系劉延盛組和蘇黎世聯邦理工大學 (ETH Zurich) 分子系統生物學所Ruedi Aebersold組等合作在Nature Biotechnology 雜志發表題為 Multi-omic measurements of heterogeneity in HeLa cells across laboratories 的研究工作。該文章采集了六個國家13個不同實驗室使用的HeLa細胞系并集中培養，利用目前最新的定量蛋白質組學和其他組學技術，結合分子細胞學實驗，發現相同命名的HeLa細胞在表型和各分子層次上存在著顯著的生物學變異，為理解生物學實驗重復性提供了新的角度。

　　該研究的主要發現有：

　　1. HeLa細胞系的多組學變異。檢測的來自不同實驗室的HeLa細胞主要有CCL2亞系和Kyoto亞系，這兩種亞系在基因組染色體數目、基因表達、蛋白質表達、蛋白質更新與降解、細胞擴增等方面均有非常顯著的差異，提示未來HeLa細胞的相關研究應考慮注明具體的細胞亞系。

　　2. 在同一實驗室內連續培養一株HeLa細胞系三個月，可以造成6-7%的基因組表達的顯著變化，影響眾多生物學通路。提示未來使用HeLa等基因組不穩定（genome instability）的細胞系的研究應盡量使用早期細胞和同代對照。

　　3. 該研究利用了目前最新的基于質譜的蛋白質組學技術，包括數據非依賴型采集（data independent acquisition mass spectrometry, DIA-MS）和穩定同位素脈沖式標記技術【2】，對蛋白質豐度以及合成與降解速率進行了大規模定量，解釋了基因組拷貝數變異（copy number variation）對蛋白質表達的影響，發現了蛋白質復合體（protein complex）與細胞器定位在調節蛋白質穩態中的作用。

　　4. 該研究發現不同HeLa細胞系在經microRNA Let7作用后，對沙門氏菌感染具有不同表型（Phenotype)和相應的蛋白質型（Proteotype）。

　　總之，該研究在組學層次，特別是蛋白質組層次定量并解釋了HeLa細胞的生物學變異。同時，最近的另一篇Nature上的文章也顯示了同種MCF7細胞在藥物刺激下可以進化成眾多轉錄組差異明顯的細胞株【3】。因此，如何在研究中考慮與避免細胞材料的異質性，并建立相應的標準，需要研究者持續關注與討論。

　　1. Yu, M. et al. A resource for cell line authentication, annotation and quality control. Nature 520, 307–311 (2015).

　　2. Liu, Y. et al. Systematic proteome and proteostasis profiling in human trisomy 21 fibroblast cells. Nat. Commun. 8, 1212 (2017).

　　3. Ben-David, U. et al. Genetic and transcriptional evolution alters cancer cell line drug response. Nature 560, 325–330 (2018).