組織培養細胞生物學

組織培養細胞生物學

細胞在體外培養后，如一切條件適宜，便可生存和進行生命活動，如移動等，但zui主要的是生長和增殖。生長和增殖并非同一概念，細胞生長指的是：細胞體積增大，而細胞增殖是細胞數量增多。體外培養細胞來源于體內，其基本細胞生物學規律和體內相同。但隨生活環境的改變，很多方面如形態結構和增殖規律等，與體內時又有所別。這里所敘述的是“體外培養細胞生物學”，即有關細胞在體外培養條件下的細胞生物學行

為。它具有著本身的特點和規律，不能為一般細胞生物學完全替代，是組織培養工作者應熟知的知識。

一、體內外細胞的差異和分化 組織培養細胞生物學

已如前述，目前人體內所有細胞基本上皆可進行培養。培養細胞已成為人們借以研究人體內相應器官、組織和細胞的正常和異常生命活動的重要對象。但卻面臨一個重要的問題，即體外培養細胞和體內細胞有否差異，是否可視為同一？如否，則培養細胞將失掉其應用價值。因此這是一個十分重要和應首先闡明和回答的理論問題。比較體內、外細胞可見，它們的增殖方式是相同的，均賴于有絲分裂。體內、外細胞的差異關鍵在于細胞的分化，從而細胞分化是檢測細胞差異的核心問題。

（一）體內外細胞的差異

當前人工模擬體內環境的技術已經很高，細胞生活在人工培養條件下不僅能很好的生存、生長和增殖，在一定程度上，人們已能控制細胞的分化。但當前我們畢竟尚未能徹底了解人體內一切細胞活動的內在，人工所模擬的條件與體內實際情況仍不完全相同。這樣，當細胞被置于體外培養后，一旦失去神經體液的調節和細胞相互間的影響、生活在缺乏動態平衡的環境中，日久天長，發生變化是必然的。培養細胞zui多見的表現是：失去原有組織結構和細胞形態、分化減弱或不顯、出現類似“反祖”（Atavism）現象；表現為細胞趨單一化，或獲得不死性，或變成具有惡性性狀的細胞群。上述變化曾使組織培養者困惑多年，近年隨分子生物學研究進展，很多問題已獲得了初步答案。

細胞增殖和分化是細胞生命進化中所獲得的基本屬性。組成人體結構、功能和生長發育的基本單位的細胞，是已發生了高度分化的成分。表現在人體細胞與細胞之間呈現著高度的相互依存性、和個體細胞相對失去獨立性。從受精卵形成開始，細胞的兩個基本過程增殖和分化，便協調地進行著。增殖使細胞數量增多，分化使機體結構和功能多樣化，zui終演變形成完整的人體。此間每個細胞的生命活動，均聽命于外源信號（來自

其它細胞），通過相關基因的調控，使之發生增殖或分化的表達。當細胞被離體培養后，信號來源切斷，特定基因分化表達減弱或停止。而進化中保守的細胞增殖活動卻可維持；遂使體內外細胞出現了差異。實際上這種差異從細胞離體培養的剎那間就開始了。

（二）培養細胞的分化（表1-1）

個體從一個受精卵通過發育形成組織、器官等特殊結構和進行功能的過程，也可看作為細胞分化表達的過程。細胞分化機制是極其復雜的，是在細胞與細胞、細胞與體液和細胞與細胞外基質相互作用下，由眾多基因參與、經過多階段和多環節完成的動態演變過程。細胞離體培養因環境的改變，失掉上述在體內時的關系，細胞的分化可能發生如下的變化：

1．不適應（Deadaption）：

表現為，細胞在原體內時所擁有的分化特性減弱或不顯，如肝細胞產生酪氨酸轉移酶（Tyrosine Aminotransferase）特性的喪失；有人證明肝細胞產生酪氨酸轉移酶需要激素（胰島素、可的松）的誘導和與相應細胞基質（如Collagen）的相互作用，只要這些條件存在，便可產生。培養細胞分化的改變主要因環境改變所致。細胞在體外培養時間越長，分化改變越大；細胞剛離體培養時，先出現的現象可能屬不適應，即由于環境的改變而出現的變化。

2．脫分化或去分化（Dedifferentiation）：

細胞也可能出現脫分化或去分化，即細胞失掉發生分化的能力。仍以肝細胞為例，當肝細胞失掉產生精氨酸酶（ Arginase）、氨基轉移酶等特性后，則失掉貯存肝糖原能力，并很難再現。因此不適應和脫分化兩上概念不同。不適應是因生存條件的改變使分化發生阻抑；從分子水平考慮，脫分化很可能是基因變異所致，因此應分析體外培養細胞分化的改變屬何種性質。很多細胞在培養中的改變只是因培養環境的改變和分化因子的缺乏，導致細胞分化表達受阻、分化基因表達抑制或不充分而已。但即便是脫分化也并不意味著細胞分化能力完全喪失。從細胞遺傳學角度考慮，體外培養細胞，不論正常或腫瘤細胞都源于二倍體細胞，也即含有與體內細胞基本相同的基因組（Genome），也即存在著發生分化的依據。一種分化特性的喪失，不等于徹底消除了分化能力。

總的來看，體外培養細胞不僅有分化潛能，實際上隨細胞來源種屬和遺傳性狀的不同，很多細胞也仍然呈現著一定程度的分化表達現象（表1-1）。如毛細血管內皮細胞的體外培養時，可形成類似血管樣結構，但于初代培養和接種在類似基膜物質底物上生長時才可發生。說明與體內條件越近似時，細胞愈易發生分化。細胞離體培養時間越長，分化能力越差；培養細胞在體外生存時間與其分化能力呈反向關系。另外細胞置于

體外培養時，因環境的改變，細胞分化的表達形式也發生了與原體內時不同的變化。如二倍體成纖維細胞，在體外可傳30~50 代，相當于150~300 個細胞周期，zui后衰老死亡，呈現著生命發展分化過程。在體內脫原蛋白（Collagen）是成纖維細胞和骨細胞的主要產物。而在體外培養的細胞，不僅成纖維細胞能產生膠原，在一定條件下，上皮細胞、神經細胞，甚至一些腫瘤細胞也能產生膠原。根據細胞分化是眾多蛋白質和酶參與的過程考慮，特異蛋白質或酶的表達也屬分化現象。因此，細胞產生某一特定蛋白質的表達過程，可視為分化表達現象。雜交瘤細胞產生特異的抗體也是細胞分化行為。