H eLa細(xì)胞現(xiàn)已在世界各地的許多實驗室中培養(yǎng)了近70年，并且長期以來被認(rèn)為是無限供應(yīng)的不變的相同細(xì)胞。然而，上周(2月18日)發(fā)表在“ 自然”雜志上的一項新研究表明，細(xì)胞在不同實驗室之間存在很大差異，這引發(fā)了對細(xì)胞系研究重現(xiàn)性的質(zhì)疑。

“我很高興看到這項研究，但從某種意義上說，我并不感到驚訝，” 來自Memorial Sloan Kettering癌癥中心的分子生物學(xué)家Prasad Jallepalli說，他沒有參與這項研究。這并不是HeLa細(xì)胞系自創(chuàng)建以來多樣化的第一份報告：多年來，其他研究小組已經(jīng)證明了變異體之間基因序列和RNA表達(dá)的顯著差異。

這項最新研究首次全面分析了各種HeLa變異體的遺傳變異 - 不同批次的HeLa細(xì)胞生活在世界各地的各個實驗室 - 并且首次證明遺傳異質(zhì)性導(dǎo)致蛋白質(zhì)表達(dá)和表型的變化。

Jallepalli說，結(jié)果表明，HeLa細(xì)胞在每個實驗室中都演變成略有不同的東西。“我們看到的是遺傳漂移。隨著時間的推移，起始人口正逐漸形成不同的利基。“

在這項研究中，研究人員從6個國家的13個實驗室收集了14份HeLa樣本，并在相同的實驗室條件下進行培養(yǎng)。他們首先量化了基因拷貝數(shù)變異 - 給定基因的重復(fù)數(shù) - 揭示了它們基因組之間的明顯差異。這在兩種最廣泛使用的HeLa細(xì)胞株之間尤其值得注意，HeLa細(xì)胞被稱為HeLa CCL2-被認(rèn)為是細(xì)胞系的“原始”變體 - 和HeLa Kyoto，它是具有使其有用的特性的細(xì)胞系的分支。用于特定應(yīng)用，如成像。

進一步的分析表明，許多這些遺傳差異轉(zhuǎn)化為mRNA產(chǎn)生的變化，并且在較小程度上轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)豐度的變化。研究人員報告說，HeLa CCL2和京都譜系的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組譜與兩種不同類型組織的癌細(xì)胞系不同。

HeLa變體在培養(yǎng)中的生長速度也有所不同，一些細(xì)胞群需要17.5小時才能翻倍，而其他細(xì)胞群在相同的培養(yǎng)條件下需要花費超過32小時。他們對沙門氏菌感染的反應(yīng)也不同：與其他兩種變體相比，一種變體對感染的敏感性較低，研究人員將其歸因于低水平的蛋白質(zhì)復(fù)合物，這種蛋白質(zhì)復(fù)合物在細(xì)菌進入宿主細(xì)胞中起作用。

在另一項實驗中，研究小組通過培養(yǎng)細(xì)胞系三個月來研究個體HeLa變異體中基因表達(dá)是否隨時間而變化。研究人員記錄了早期和晚期細(xì)胞之間基因表達(dá)差異的大約6%。

“這些細(xì)胞的差異確實非常顯著，甚至在同一個實驗室中它們的變化速度也很快，”共同作者，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院分子系統(tǒng)生物學(xué)研究所教授Ruedi Aebersold說。他估計，如果一名研究生在他或她的項目開始時進行了HeLa細(xì)胞系的實驗，并被要求在六個月后重復(fù)，“他們可能會得到不同的結(jié)果。”

關(guān)于研究中“再現(xiàn)性危機”的大部分討論集中在實驗設(shè)計，數(shù)據(jù)分析以及污染或錯誤標(biāo)記的細(xì)胞系作為主要驅(qū)動因素的缺陷。但Aebersold認(rèn)為HeLa細(xì)胞和癌細(xì)胞系的生物學(xué)差異更普遍 - 可能發(fā)揮重要作用。他指出，在會議上，他經(jīng)常觀察到研究人員對從同一實驗中獲得不同結(jié)果的問題進行激烈爭論。“這意味著一個人犯了一個錯誤”，但另一個解釋是“細(xì)胞可能不是同一個細(xì)胞，”他解釋道。

參見“ 偉大的大清理 ”

斯坦福大學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)家蒂姆斯特恩斯(Tim Stearns)看到了長期培養(yǎng)下細(xì)胞系變化的幾個可能原因。例如，HeLa細(xì)胞是具有已知基因組不穩(wěn)定性的癌細(xì)胞，因此可能隨時間隨機突變。此外，它們在實驗室中受到各種條件的影響，可能會促使細(xì)胞發(fā)展出獨特的特征。例如，他說，培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞需要培養(yǎng)它們，直到它們填滿一個培養(yǎng)皿，吸走一小部分細(xì)胞，并將它們放入另一個培養(yǎng)皿中重新生長 - 一個叫做分裂的過程。“每個人都有點不同，”他說。這“以適合我們不完全理解的方式對細(xì)胞進行選擇”。

胎牛血清 - 用于培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞的生長因子雞尾酒的主要成分 - 也可以在實驗室之間變化。“不難想象，根據(jù)這種材料的來源，我們會創(chuàng)造出不同的轉(zhuǎn)錄譜和不同的選擇壓力，”Jallepalli解釋道。“即使簡單，謙遜的東西，比如塑料餐具，也可能比我們意識到的要多。”

Jallepalli指出，HeLa分離株之間的差異可能比其他人更擔(dān)心一些生命科學(xué)家。使用HeLa細(xì)胞研究DNA復(fù)制或囊泡運輸?shù)韧ㄓ眉?xì)胞過程的分子生物學(xué)家和生物化學(xué)家不太可能擔(dān)心其結(jié)果可能無法再現(xiàn)，因為這些過程在面對這種選擇性壓力時不太可能發(fā)生變化。研究沙門氏菌感染等更復(fù)雜性狀的發(fā)育和細(xì)胞生物學(xué)家可能更有理由擔(dān)心。

Aebersold和他的同事在他們的論文中提出了幾個具體的解決方案。首先，研究人員應(yīng)該使用癌細(xì)胞系的早期傳代，并確保從相同細(xì)胞系的不同樣品中的一個細(xì)胞系重復(fù)實驗。重要的是，生物學(xué)家應(yīng)該清楚地報告他們在給定研究中使用的細(xì)胞系變體。“許多人甚至不確定他們擁有什么樣的HeLa細(xì)胞，”Stearns指出，他同意更多的透明度將是一個積極的變化。

Aebersold希望在今年晚些時候與歐洲分子生物學(xué)組織合作的研討會上找到更多的解決方案。這將包括來自各個領(lǐng)域的25位專家，如科學(xué)政策，出版和科學(xué)，以便就如何解決細(xì)胞系研究中的可重復(fù)性問題提出建議。

最后，他希望他的工作能夠幫助啟發(fā)科學(xué)研究中關(guān)于不可復(fù)制結(jié)果的原因。他說，科學(xué)家無法復(fù)制彼此工作的想法是危險的。“簡單的結(jié)論是要么我們不知道我們正在做什么作為生命科學(xué)家，要么更糟糕的是，事情已經(jīng)彌補。”這將使科學(xué)厭惡政策制定者更容易爭辯說浪費在研究上的錢。“我認(rèn)為重要的是提供證據(jù)表明它不是那么簡單，人們不僅僅是作弊，人們不是無能，而是更復(fù)雜。”