多组学技术发现13个实验室的HeLa细胞系存在显著变异
生物学研究的重复性一直是研究者重点关注的问题，除去实验误差、统计学P值、数据采集质量、研究者主观因素等，实验材料不同也可能造成迥异的实验结果。肿瘤细胞系作为一种重要实验材料，在各研究中被广泛使用。然而，众所周知，目前肿瘤细胞系的污染、命名、与注释均有可能产生问题【1】。那么，如果不同实验室使用了命名相同且正确注释的细胞系，能否一定能做出相同的实验室结果呢？
2019年2月18号，耶鲁大学医学院药理系刘延盛组和苏黎世联邦理工大学 (ETH Zurich) 分子系统生物学所Ruedi Aebersold组等合作在Nature Biotechnology 杂志发表题为 Multi-omic measurements of heterogeneity in HeLa cells across laboratories 的研究工作。该文章采集了六个国家13个不同实验室使用的HeLa细胞系并集中培养，利用目前最新的定量蛋白质组学和其他组学技术，结合分子细胞学实验，发现相同命名的HeLa细胞在表型和各分子层次上存在着显著的生物学变异，为理解生物学实验重复性提供了新的角度。
该研究的主要发现有：
1. HeLa细胞系的多组学变异。检测的来自不同实验室的HeLa细胞主要有CCL2亚系和Kyoto亚系，这两种亚系在基因组染色体数目、基因表达、蛋白质表达、蛋白质更新与降解、细胞扩增等方面均有非常显著的差异，提示未来HeLa细胞的相关研究应考虑注明具体的细胞亚系。
2. 在同一实验室内连续培养一株HeLa细胞系三个月，可以造成6-7%的基因组表达的显著变化，影响众多生物学通路。提示未来使用HeLa等基因组不稳定（genome instability）的细胞系的研究应尽量使用早期细胞和同代对照。
3. 该研究利用了目前最新的基于质谱的蛋白质组学技术，包括数据非依赖型采集（data independent acquisition mass spectrometry, DIA-MS）和稳定同位素脉冲式标记技术【2】，对蛋白质丰度以及合成与降解速率进行了大规模定量，解释了基因组拷贝数变异（copy number variation）对蛋白质表达的影响，发现了蛋白质复合体（protein complex）与细胞器定位在调节蛋白质稳态中的作用。
4. 该研究发现不同HeLa细胞系在经microRNA Let7作用后，对沙门氏菌感染具有不同表型（Phenotype)和相应的蛋白质型（Proteotype）。
总之，该研究在组学层次，特别是蛋白质组层次定量并解释了HeLa细胞的生物学变异。同时，最近的另一篇Nature上的文章也显示了同种MCF7细胞在药物刺激下可以进化成众多转录组差异明显的细胞株【3】。因此，如何在研究中考虑与避免细胞材料的异质性，并建立相应的标准，需要研究者持续关注与讨论。
参考文献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).
