肿瘤研究，从认识肿瘤细胞开始
最近一段时间我们一直围绕着肿瘤动物模型的构建，为大家介绍了肿瘤研究中各种实用动物模型的建立方法，相信大家应该收获颇多。动物水平的研究为我们提供了更接近临床的数据分析，与此同时，肿瘤细胞的实验研究也同样重要，它是肿瘤研究的初级阶段，可以更加快捷地提供在体外水平的研究结果。本期我们就开启肿瘤细胞学新篇章，从肿瘤细胞开始为大家逐一介绍。
肿瘤细胞是我们经常接触的研究对象，但是关于它的很多基础知识你不一定全都知晓，本期就为大家揭秘这些癌变细胞的基本特征，及我们实验中的肿瘤细胞的那些事儿。
第一部分：肿瘤细胞基本知识
定义：人体内由于细胞分裂失控从而无限增殖的细胞被称为肿瘤细胞，具有转移能力的肿瘤被称为恶性肿瘤，又称为癌（Cancer）。Cancer源于希腊字母螃蟹Caricinos，对应英文就是Cancer螃蟹，因为肿瘤细胞中伸出多条大血管，看着就像螃蟹的腿一样，张牙舞爪。
肿瘤细胞形态（图片来自网络）
肿瘤细胞的来源
肿瘤是一种基因疾病，肿瘤的发生源于体细胞基因突变逐渐积累的结果。如结肠癌的发生发展过程中伴随着一系列相关基因的突变，如APC、K-ras和p53基因等。大多数肿瘤的癌变基因有一定的相似性，如下表为常见的突变癌基因和抑癌基因。
常见癌基因（导致细胞恶性转化的基因）：
抑癌基因（抑制细胞生长并能潜在抑制癌变的基因）：
肿瘤细胞十大特征
肿瘤细胞是一群可怕的细胞，与人体正常细胞相比，有着强大的生命力，如无限增殖和逃离衰老的命运等。Hanahan和Weinberg先后10年在《细胞》杂志上总结了控制癌细胞即恶性肿瘤细胞生长的几大特征[1]，如下图：
肿瘤细胞的特征[1]
肿瘤细胞赋予这些特征后，就具备了无限增殖的能力，并且部分有了迁移的能力，不断入侵人体正常组织，最后导致人体器官衰竭至死亡。
然而肿瘤细胞并非一种细胞，它是一个大团伙！
肿瘤具有高度异质性，即使同一种恶性肿瘤也是由不同类型的肿瘤细胞组成。
具体来讲同一种肿瘤在不同患者之间的其癌细胞组成是不一样的；并且同一肿瘤患者体内的癌细胞也不是均一的，而是多种。如下图所示：
肿瘤细胞具有高度异质性（图片来自网络）
这种不一样主要体现在基因突变的种类和类型、基因的表观遗传学修饰、蛋白表达水平等。
如乳腺癌异质性体现在分子表达情况不同，主要根据ER（雌激素受体）、PR（孕激素受体）和HER-2（人类表皮生长因子受体2）阳性或阴性，可分为4大类，而每一类又分为多种细胞[2]。如下表所示：
因此，由于肿瘤的高度异质性，很难达到根治肿瘤的目的。
考虑到动物实验的要求和高成本，细胞实验显得必不可少。自1985年之后以NCI为首的一些研究单位普遍开始放弃体内小鼠筛选，代之为体外的人类各种常见实体瘤肿瘤细胞株筛选[3]。因此，肿瘤细胞作为一种高通量的抗肿瘤筛选体系，成为不可或缺的研究工具，下面我们就一起看看实验室的肿瘤细胞的来龙去脉吧。
第二部分：实验研究中的肿瘤细胞
为了在体外更好地研究肿瘤，自人类第一次成功从名为Hela的癌症患者身上分离出Hela细胞，并在体外培养成功过后，这66年以来已被广泛应用于肿瘤研究，成为医学研究中十分重要的工具。自此，越来越多的肿瘤细胞开始在体外建立，并广泛用于实验研究。
体外的肿瘤细胞定义：一种人工培养，具有无限增殖能力的细胞。
在实验研究主要分为：肿瘤原代细胞、肿瘤细胞系或细胞株。
1. 实验中常用肿瘤细胞的分类
①肿瘤原代细胞：是指直接从机体取出的组织(如人、小鼠或大鼠等组织)获得单个细胞并在体外进行培养的细胞，称为原代细胞。一般认为，培养的原代的第1和传代到第10代以内的细胞统称为原代细胞培养。
来源：主要从组织或外周血里提取，来源于手术或活检瘤组织。
优势：原代细胞更加接近患者组织特性，可以更好实现精准医疗的肿瘤诊治模式。例如将基因筛选与体外肿瘤模型分析相合，可以更大程度上的筛选出对病人个体有效的化疗药物，从而最终实现对患者进行个体化精准用药的目的。
缺点：但是分离比较困难，操作麻烦。
②肿瘤细胞系/株：细胞系是指原代细胞经首次传代成功后的细胞，泛指一般可能传代的细胞。
细胞株：细胞系具有相同或不同表型的几个细胞谱系，如果用克隆培养或其他选择技术分离选择了一种细胞谱系，证明其中细胞具有某些特殊性质或标志物的细胞。
肿瘤细胞系或株：是现有细胞系中最多的一类，多由癌瘤建成，体外培养稳定，常已传几十代或百代以上，并具有不死性和异体接种致瘤性。
来源：从病人或者动物肿瘤组织分离，后续通过人工诱导建系；
应用：广泛用于细胞生物学、分子生物学、肿瘤学等各项研究；
优势：成分均一、可人为控制研究条件。
缺点：培养过程中会产生基因突变，丢失原有生物学特性，对药物处理做出的反应差距越来越大。如已服务于全球癌症研究界20多年的NCI-60，经过世界各地的研究人员25年多的大量实验，NCI-60的培养经过数千代，这些细胞已经适应了生活在塑料培养皿内，它们的基因组成和行为方式在发生着变化。为此，NCI-60也发文将其从药物筛选程序中“退休”。
2. 这些肿瘤细胞可用于哪些研究？
肿瘤细胞是研究癌变机理、抗癌药筛选检测和药物作用机理等极其重要的工具。
①癌变机理研究：如研究蛋白表达情况与肿瘤的关系，在结肠癌干细胞中敲低BMI-1蛋白，并给予不同细胞量荷瘤，发现肿瘤的发生频率减少，进一步推测BMI-1 在肿瘤中的作用[4]。
肿瘤细胞可用于结肠癌变机理研究[4]
②抗癌药筛选检测：如20世纪80年代末，NCI建立了60个人类肿瘤细胞系用于抗癌药物研发，筛选过超过100000种物质。一般可以通过细胞上的体外结果，将其进一步应用到动物体内研究。如下图，首先在细胞水平研究发现AIL的抗前列腺癌效果，进一步在动物水平研究保持一致结果。
前列腺癌研究中细胞水平结果和动物水平一致[5]
3. 实验研究中的肿瘤细胞从哪来？
一般肿瘤研究中的细胞，通过商业途径购买，比较权威的细胞库有：
①美国菌种保藏中心（American Type Culture Collection, ATCC），ATCC是一个世界性的生物制品中心，成立于1925年，作为一个国际性非赢利生物资源中心，提供超过150种不同物种的4000多种细胞株，包括950多种癌症细胞株。
②权威细胞库还有德国微生物菌种保藏中心(DSMZ)，欧洲标准细胞收藏中心(ECACC)，中国科学院细胞库等。
③除通过购买途径获得细胞，还可和拥有细胞的学者进行细胞交换或者请求文章作者馈赠。
4. STR鉴定
新买的细胞，性质是否正确，或者是否和其他细胞发生交叉污染，是一个很重要的问题。如Plos One发表文章指出有3万余篇的研究论文因细胞系的错认而纷纷阵亡，国外实验室有20%左右的细胞株被错误辨识和交叉污染而导致研究结论错误、结果不可重复、临床细胞治疗灾难性后果。
近年来，NIH、ATCC、Nature和Science等杂志就对此现象多次发出呼吁，要求研究者对细胞进行鉴定。因此对细胞系的鉴定非常必要。
近年来，大量研究表明STR 基因分型方法是进行细胞交叉污染和性质鉴定的最有效和准确的方法之一，STR基因分型应用于细胞鉴定已被ATCC等机构强烈推荐。美国的ATCC细胞库、德国的DSMZ细胞库等已为STR分型提供了各细胞株的数据供比对。
本期关于肿瘤细胞的介绍就到这里了，希望大家能够更加全面的认识到我们实验研究中的细胞。接下来我们会继续以实验技巧为主，为大家讲述那些在肿瘤细胞上的实验。
-
项目成果
-
技术原理
