#专题综述#细胞融合技术的发展及应用*霍乃蕊a,韩克光b(山西农业大学a.食品科学与工程学院;b.动物科技学院,山西太谷030801)摘要:细胞工程是四大生物工程之一,细胞融合技术作为细胞工程的一项核心基础技术已在农业、医药、环保等领域取得了开创性的研究成果,而且应用领域不断扩大。

细胞融合技术的不断改进一方面表现在融合剂上,另一方面体现在新方法上,再者体现在融合对象的不断扩展上。

现在新的细胞融合方法正在尝试将各种物理、化学手段综合应用,使细胞融合的方法和手段向操作更为简便,便于量化研究,同时又能使融合率得到不断提高的方向发展。

本文以细胞融合技术的发展历史为主线,对上述内容做了简要综述。

关键词:细胞融合技术;发展;应用中图分类号:Q813.2文献标识码:A文章编号:100727146(2006)022*******C ell Fu si on T echn iqu e:itsD eve l opm en t and App lica ti on sH U O N a i2ru i a,HA N Ke2guang b(Shanxi Agr i cu lt ura lUn i ve rs it y a.College of Food Sc i ence and Eng i neering;b.College ofAn i m a l Sc ience and Technol ogy,Ta i gu030801,Shanx,i Ch i na)Ab stra ct:C ell u l a r engi neer i ng i s o ne of t he f our techniques of biote chnolo gy,and as t he core of ce ll ular engi neering, the cell fusi on technique ha s acqu ired outstand i ng ach ieve m ents i n m any fields such as agr icu lt ure,m ed icine and envi2 ron m enta l protecti on.Its app licati on i s still i ncreasi ng i n nu m ber.The i m prove m ent of t he ce ll fusi on techn i que i nvol ves the fusi on agent,new m e t hods and the cells used i n fusi on.No w new cell fusi on m ethods are re sorti ng to the co m b i ned usage of phys i ca l and chem i ca lm ethods to deve l op a s i m p le and co nven i ent,easy quantificati on and a t t he sam e ti m e cani ncrease the fusi on rate.A ll these aspects were d i scussed i n th i s pape r centered aro und the h i story of the cell f usio n te ch2n i que.K ey word s:ce ll fus i on techn i que;deve l op m ent;app licati on细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。

细胞融合技术作为细胞工程的核心基础技术之一,已在农业、医药、环保等领域取得了开创性的研究成果,而且应用领域不断扩大。

细胞融合技术不仅为核质关系、基因调控、遗传互补、细胞免疫学、肿瘤发生、基因定位、衰老控制等理论领域的研究提供了有力的手段,而且被广泛应用于免疫学、遗传学、发生生物学,特别是在单克隆抗体及动植物远缘杂交育种等方面具有十分重要的意义。

随着细胞融合技术研究的不断深入,细胞融合第15卷第2期2006年4月激光生物学报ACTA LAS ER BI O LOGY SI NI CAVo.l15No.2Ap r.2006*收稿日期:2005203210;修回日期:2005209222基金项目:山西省科委攻关项目(04105523);山西省自然科学基金项目(20041094)作者简介:霍乃蕊(1972)),女,博士,现为澳大利亚纽卡斯尔大学访问学者,主要从事生物工程方面研究.(电子信箱)sxndkgh@163.co m技术的发展前景及其产生的影响将日益显著[122]。

本文就其发展历史及研究进展,主要应用及发展前景做一简要回顾及展望。

1细胞融合及其意义1.1细胞融合的概念所谓细胞融合就是指在外力(诱导剂或促融剂)作用下,两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象称为细胞融合(cell f usi on)或细胞杂交(cell hybridiz ation)。

如取材为体细胞则称体细胞杂交(so m atic hybridiz at i on)[1]。

体细胞融合后可形成四倍体或多倍体细胞,由此形成的杂交细胞,其特性会有很大的变化。

1.2细胞融合的意义细胞能不受种属的局限可实现种间生物体细胞的融合,使远缘杂交成为可能,因而是改造细胞遗传物质的有力手段。

它的意义在于从此打破了仅仅依赖有性杂交重组基因创造新种的界限,扩大了遗传物质的重组范围。

但融合后获得的杂种细胞具有染色体异倍性,致使细胞株的遗传性不稳定、植株不育性、畸形、生育迟缓等不符合育种要求的性状出现,直接利用杂种细胞作育种材料目前还有许多障碍。

细胞融合技术避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,在技术和仪器设备上的要求不像基因工程那样复杂,投资少,有利于广泛开展研究和推广,有着重大的实践意义[1],正得到科学界的日益重视。

2细胞融合技术发展的历史回顾人们很早就注意到了在自然条件下发生的细胞融合现象,首先在病料组织中发现了由细胞融合产生的多核细胞,紧接着发现在脊椎动物和无脊椎动物的正常细胞中也可发生细胞融合。

随后在体外组织培养中也发现了离体细胞的融合现象。

自从发现活病毒可在体内介导癌细胞融合后,人们又实现了灭活病毒促进动物异种细胞的融合,从而打破了细胞融合的种属屏障,推动细胞融合技术跃上新的台阶。

原生质体的大量制备技术限制了植物细胞融合技术的发展,因此植物细胞融合的起步比动物细胞融合要迟十年左右。

直到用酶法大量制备有活力的原生质体获得成功后,才使植物原生质体的融合工作迅速发展起来。

然而,由于病毒诱导细胞融合存在着病毒制备困难、操作复杂、灭活病毒的效价差异大等原因,人们又找到了比病毒简便、快速和高效且比病毒更易制备和控制、活性稳定、使用方便的化学物质PEG,作为病毒的替代物诱导细胞融合,这是一个里程碑式的发现,引起实验生物学的/无声革命0。

但在PEG诱导细胞融合的有效浓度范围内(50%~ 55%)对细胞毒性很大,因此人们又找到了新的方法来替代PEG介导细胞融合法,这些新方法有电脉冲诱导细胞融合技术和激光融合技术等。

总之,细胞融合技术在实践中不断发展和完善,细胞融合方法得到了不断的更新和改进,融合率也得到逐步的提高。

现在新的细胞融合方法正在尝试将各种物理、化学手段综合应用,使细胞融合的方法和手段操作更为简便,便于量化研究,同时又能使融合率得到不断提高的方向发展。

2.1自然发生的细胞融合早在19世纪,人们就发现在自然条件下生物界中有/自发0的细胞融合现象。

Muller(1838年)在肿瘤中观察到了多核细胞,此后在由病毒感染的病料组织中如天花脓疱的周围、受水痘损害的皮肤、在麻疹病人的扁桃体中陆续发现多核细胞[3],这些多核细胞可能是病毒作用的结果,但当时还没有人认识到这一点。

1875年Lange首先观察到脊椎动物(蛙类)血液细胞合并,继之又有一些研究者在无脊椎动物中也发现了融合细胞。

2.2组织培养中发生的细胞融合自从H arri son(1907年)进行组织培养以后,人们便开始注意组织培养中多核细胞的形成。

第一个报告组织培养中细胞合并的是La mbert(1912年)。

到了1960年,法国Barski首先实现了异种动物体细胞的融合。

但细胞在体外培养时,自发融合的频率是极低的。

2.3病毒介导的癌细胞融合195821960年日本学者冈田善雄(Okada)首先观察到流感病毒可杀死患欧利希癌的小白鼠腹腔中的腹水癌细胞(ETC),随后的研究中发现在取出的腹水中有无数巨大球形细胞。

进一步在电镜下观察发现巨大细胞是呈车轮状排列的几个以至几十个核的多核细胞。

这种多核细胞是由ETC融合形成的,并且发现这种巨大细胞形成的频率与接种病毒的量成一定比例。

此后一系列的试验表明病毒能引起细胞融合的现象。

此后,冈田善雄又发现流感病毒HV J 株在体外也可促进ETC的融合反应。

添加病毒后发现ETC立即凝集,在37e下5m in后细胞开始相互融合。

他又对影响细胞融合现象的因子,如温度、氧气、钙离子、p H值等对细胞融合的影响进行了比较210激光生物学报第15卷深入的探讨,做了大量开创性工作,这些发现使得病毒类成为研究的最早的促融剂,并在此基础上开展了一系列的改进研究工作。

2.4灭活病毒诱导的异种动物细胞融合一些致癌病毒虽然能够诱导细胞融合,但由于具有毒性大等潜在的危险性而在应用上受到很大的限制,由此科研人员又试图尝试使用灭活的病毒来作为促融物,并且以异种细胞作为融合对象。

1965年,英国H arris等报告灭活病毒可以用来融合不同种动物的细胞,并且指出由此产生的杂交细胞可以存活。

当时世界上许多报刊很快就对这一发现在生物学上的重要性做出了评价,认为这是在细胞融合研究中的又一次突破。

他们的贡献在于证明了灭活的病毒可以作为一般方法用来在一定的条件下融合动物细胞,而且差异很大的动物种之间的细胞可以被诱导融合,融合的细胞可以存活。

同时Littlefield (1964年)又设计出有效筛选杂种细胞的一系列方法,从而进一步推动了融合细胞的实验工作。

1967年W e ise和Green发现在人和鼠的融合细胞中,人的染色体优先丢失,并证明利用这一特点有可能对人染色体上的基因进行定位。

同年W atk i ns和Ko2 pro wski等又分别证明融合细胞能使缺陷型病毒复原。