STR细胞鉴定意义

导读：

新买到的细胞，实验室传了几代的细胞，又或者储存于超低温冰箱几年不用的细胞，被污染了么？ 鉴定正确么？用它做研究会影响实验结果么？ 没有经过相应的细胞鉴定，使用了被污染的细胞，经过大量的实验，写出一篇论文，但是结论被推翻，论文被召回，大量的时间、物力和人力被浪费，一切都要从头再来。

背景介绍

应用于生物医学研究领域的哺乳动物细胞被错误鉴定和交叉污染的问题，一直是一个普遍存在的突出问题。据统计，国外实验室有20%左右的细胞株被错误鉴定和交叉污染，NIH和ATCC近两年都对此发出呼吁，要求研究者对细胞进行鉴定。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。

细胞STR鉴定的必要性

在过去的45 人类乳突状瘤病毒（人类乳头状瘤病毒18或HPV18）转型成癌细胞的，而且和正常子宫颈细胞有许多不同。 据估计，国外实验室已建株细胞有接近20％存在上述问题。

2008年，约瑟芬Nefkens研究所的分子生物学家Winand13株食管腺癌细胞系中，其中3株：SEG-1，BIC-1和SK-GT-5被污染，这些细胞株混合有其他癌细胞。这些细胞系已经被多家实验室应用在两个临床试验、并发表了超过100篇SCI文章，并申请了11个美国专利，这一研究结果被发布在最新一期的Journal of the National Cancer Institute（JNCI）。

2007 年 NIH发布了通知，强烈建议在使用培养细胞的时候进行鉴定（authentication）。2008 年底，专家提议ATCC致力于人源细胞系的鉴定工作，并制定鉴定的标准程序。

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细胞库以及日本的JCRB细胞库等为STR 分型提供了各细胞株的数据供比对。

2011年初，美国菌种保藏中心（ATCC）制定了人源细胞系STR鉴定标准，旨在约束因细胞交叉污染和错误辨识所导致的无效科研数据的不断扩增。更重要的是，细胞系的精确鉴定在研发基于细胞下的医学产品时起到至关重要的作用，它能避免将人体细胞暴露于错误鉴定细胞中的风险。

细胞STR鉴定方法

要求能提供细胞的一般和特殊的生物学性状指标。一般特性指标包括：细胞的一般形态、特异性结构、细胞生长曲线和分裂指数、倍增时间、接种率、染色体分析、同工酶检查、DNA指纹图谱等。特异性指标常依据细胞种类和功能的特异性进行鉴定，比如，若为腺细胞则一般鉴定是否有特殊产物包括分泌蛋白或激素产生；若为肿瘤细胞，还应能够证明细胞确系来源于肿瘤组织而非其它，并仍保留有肿瘤组织的特性，为此常需做集落形成实验、裸鼠致瘤实验以及对正常组织的侵袭实验等。

一、对正常细胞系的鉴定

对正常细胞系的鉴定主要围绕以下四个方面进行：（1）鉴定细胞的种系来源：常用方法主要有染色体分析、同工酶分析、DNA指纹图谱等技术。（2）鉴定细胞的组织来源：可通过形态学手段、检测组织特异性抗原等进行鉴定。（3）细胞是否发生转化和恶变：主要通过核型分析、细胞生长行为观察（是否丧失接触抑制）、裸鼠成瘤实验等进行鉴定。（4）细胞有无发生交叉污染，主要通过同工酶及DNA指纹图谱技术进行鉴定。

二、对肿瘤细胞系的鉴定

对肿瘤细胞系的鉴定主要围绕其恶型性展开，染色体的异常、接触抑制和密度依赖生长特性的改变、集落形成能力、裸鼠成瘤、动物体内的侵袭生长，以及某些基因、分子水平的特征均是肿瘤细胞鉴定的方向。

细胞STR鉴定的意义

由于细胞培养体系在生物药物的研究和技术发展中非常重要，适当的细胞系鉴定过程即成为每个研究人员的最大兴趣点。然而，交叉污染的问题仍然存在。随着世界范围内实验室使用新细胞系的数量增多和频率增加，在质量控制(如：细胞系鉴定)的基本原则上产生了巨大的差别。从已经发表的、使用"错误"的细胞系而导致可疑性结果的研究论文，到用于临床的干细胞系和其它细胞系，交叉污染影响到了科学研究的每个领域-从实验台到临床。如果在细胞培养的处理和操作中不进行重大变革，那么交叉污染将会成为一个更大、更严重的问题。

细胞培养体系在生物研究和药物研究发展中非常重要，随着研究的深入，细胞系的种类也逐渐增多，而细胞系的交叉污染仍然存在。交叉污染给实验研究带来了很严重的问题，如果使用了错误的细胞系使研究的结果遭到质疑，前期的实验可能都要重新来做。因此对细胞系的认证是有必要的。

已开始要求细胞鉴定的期刊：

★ Nature

★ BioTechniques

★ Cancer Research

★ Cancer Discovery

★ Clinical Cancer Research

★ Molecular Cancer Research

★ Cancer Prevention Research

★ International Journal of Cancer

★ Molecular Cancer Therapeutics

★ Cell Biochemistry and Biophysics

★ Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention

★ In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal

★ ......

参考文献：

1.Chatterjee, R. (2007) Cell biology. Cases of mistaken identity. Science 315, 928-31.

2. Ruiz Bravo, N. and Gottesman, M. (2007) Notice regarding authentication of cultured cell lines.

3. Yoshino, K. et al. (2006) Essential role for gene profiling analysis in the authentication of human cell lines. Human Cell 19, 43-8.

4. Szibor, R. et al. (2003) Cell line DNA typing in forensic genetics—the necessity of reliable standards. Forensic Sci. Int. 138, 37-43.

5. Dirks, W.G. et al. (2005) Short tandem repeat DNA typing provides an international reference standard for authentication of human cell lines. ALTEX 22, 103-9.

6. Masters, J.R. et al. (2001) Short tandem repeat profiling provides an international reference standard for human cell lines. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 8012-7.

7. (2001) Verify cell line identity with DNA profiling. ATCC Connection: Newsletter of The American Type Culture Collection 21, 1-2.

8. Krenke, B. et al. (2002) Validation of a 16-locus fluorescent multiplex system. J. Forensic Sci. 47, 773-85.

9. Levinson, G. and Gutman, G.A. (1987) Slipped-strand mispairing: A major mechanism for DNA sequence evolution. Mol. Biol. Evol. 4, 203-21.

10. Schlotterer, C. and Tautz, D. (1992) Slippage synthesis of simple sequence DNA. Nucleic Acids Res. 20, 211-5.

11. Smith, J.R. et al. (1995) Approach to genotyping errors caused by nontemplated nucleotide addition by Taq DNA polymerase. Genome Res. 5, 312-7.

12. Magnuson, V.L. et al. (1996) Substrate nucleotide-determined non-templated addition of adenine by Taq DNA polymerase: Implications for PCR-based genotyping. BioTechniques 21, 700-9.

13. Walsh, P.S., Fildes, N.J. and Reynolds, R. (1996) Sequence analysis and characterization of stutter products at the tetranucleotide repeat locus vWA. Nucleic Acids Res. 24, 2807-12.

14. Moller, A., Meyer, E. and Brinkmann, B. (1994) Different types of structural variation in STRs: HumFES/FPS, HumVWA and HumD21S11. Int. J. Leg. Med. 106, 319-23.

15. Brinkmann, B., Moller A. and Wiegand, P. (1995) Structure of new mutations in 2 STR systems. Int. J. Leg. Med. 107, 201-3.

16. Griffiths, R. et al. (1998) New reference allelic ladders to improve allelic designation in a multiplex STR system. Int. J. Legal Med. 111, 267-72.

17. Bär, W. et al. (1997) DNA recommendations: Further report of the DNA Commission of the ISFH regarding the use of short tandem repeat systems. Int. J. Legal Med. 110, 175-6.

18. Gill, P. et al. (1997) Considerations from the European DNA Profiling Group (EDNAP) concerning STR nomenclature. Forensic Sci. Int. 87, 185-92.