細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用【摘要】細(xì)胞融合是生物工程研究的重要內(nèi)容和基本技術(shù),作為細(xì)胞工程的核心基礎(chǔ)技術(shù)之一,已在很多領(lǐng)域取得了開(kāi)創(chuàng)性的研究成果,而且應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。本文綜合論述了細(xì)胞融合技術(shù)中的三種常用方法及其在動(dòng)、植物乃至微生物細(xì)胞融合的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵字】細(xì)胞融合技術(shù)、常用的方法、應(yīng)用細(xì)胞融合（Cell fusion）是指兩個(gè)或多個(gè)相同或不同的細(xì)胞通過(guò)膜融合形成單細(xì)胞的過(guò)程。細(xì)胞融合過(guò)程大致可分為四個(gè)階段：細(xì)胞的接觸、細(xì)胞質(zhì)膜的融合、細(xì)胞質(zhì)的重組和遺傳物質(zhì)的選擇。細(xì)胞發(fā)生融合后可形成兩類融合細(xì)胞。不同基因型的細(xì)胞融合又稱細(xì)胞雜交或體細(xì)胞雜交（somatic hyb

2、ridization）。在自然情況下，體內(nèi)或體外培養(yǎng)細(xì)胞間所發(fā)生的融合，稱為自然融合。而在體外使用人工方法（使用融合誘導(dǎo)因子）促使相同或不同的細(xì)胞間發(fā)生融合，稱為人工誘導(dǎo)融合。人工誘導(dǎo)的細(xì)胞融合在六十年代作為一門新興技術(shù)而發(fā)展起來(lái)。由于這種技術(shù)不僅能產(chǎn)生同種細(xì)胞融合，也能產(chǎn)生種間細(xì)胞的融合，因此被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。細(xì)胞膜的流動(dòng)性是動(dòng)物細(xì)胞融合的生物學(xué)基礎(chǔ)。動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)即是利用細(xì)胞膜的這一特性，通過(guò)對(duì)參與融合的細(xì)胞參與生物、化學(xué)或物理誘導(dǎo)因素，使細(xì)胞膜的脂類分子的有序排列發(fā)生變化；當(dāng)誘導(dǎo)因素解除后，細(xì)胞膜會(huì)回復(fù)原有的有序結(jié)構(gòu)，在恢復(fù)過(guò)程中便可誘導(dǎo)相接觸的細(xì)胞發(fā)生融合。

3、一、誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法目前，誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法包括病毒、PEG、電泳沖和激光四種。其中，PEG誘導(dǎo)細(xì)胞融合和電誘導(dǎo)細(xì)胞融合是誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合的常用方法。1.1 仙臺(tái)病毒法仙臺(tái)病毒又稱日本血凝性病毒，引起細(xì)胞融合的有效部位在于它的細(xì)胞膜成分，特別是磷脂成分，而與核酸活性無(wú)關(guān)。兩個(gè)原生質(zhì)體或細(xì)胞在病毒黏結(jié)作用下彼此靠近。通過(guò)病毒與原生質(zhì)體或細(xì)胞膜的作用使兩個(gè)細(xì)胞膜間互相滲透，胞質(zhì)互相滲透，兩個(gè)原生質(zhì)體的細(xì)胞核互相融合，兩個(gè)細(xì)胞融為一體，進(jìn)入正常的細(xì)胞分裂途徑，分裂成含有兩種染色體的雜種細(xì)胞。1.2 聚乙二醇（PEG）法PEG的作用機(jī)理是PEG分子具有輕微的負(fù)極性，故可以與具有正極性基團(tuán)的水、蛋白質(zhì)

4、和碳水化合物等形成H鍵，從而在質(zhì)膜之間形成分子橋，其結(jié)果是使細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生粘連進(jìn)而促使質(zhì)膜的融合；另外，PEG能增加類脂膜的流動(dòng)性，也使細(xì)胞的核、細(xì)胞器發(fā)生融合成為可能。PEG誘導(dǎo)融合的優(yōu)點(diǎn)是融合成本低，勿需特殊設(shè)備；融合子產(chǎn)生的異核率較高；融合過(guò)程不受物種限制。其缺點(diǎn)是融合過(guò)程繁瑣，PEG可能對(duì)細(xì)胞有毒害。 1.3電融合法（electrical mediated cell fusion or electrofusion） 電融合法是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的細(xì)胞融合技術(shù)，在直流電脈沖的誘導(dǎo)下，細(xì)胞膜表面的氧化還原電位發(fā)生改變，使異種細(xì)胞粘合并發(fā)生質(zhì)膜瞬間破裂，進(jìn)而質(zhì)膜開(kāi)始連接，直到閉和成完整的膜，

5、形成融合體。電融合法的優(yōu)點(diǎn)是融合率高、重復(fù)性強(qiáng)、對(duì)細(xì)胞傷害??；裝置精巧、方法簡(jiǎn)單、可在顯微鏡下觀察或錄像觀察融合過(guò)程；免去PEG誘導(dǎo)后的洗滌過(guò)程、誘導(dǎo)過(guò)程可控性強(qiáng)。當(dāng)原生質(zhì)體置于電導(dǎo)率很低的溶液中時(shí)，電場(chǎng)通電后，電流即通過(guò)原生質(zhì)體而不是通過(guò)溶液，其結(jié)果是原生質(zhì)體在電場(chǎng)作用下極化而產(chǎn)生偶極子，從而使原生質(zhì)體緊密接觸排列成串。原生質(zhì)體成串排列后，立即給予高頻直流脈沖就可以使原生質(zhì)膜擊穿，從而導(dǎo)致兩個(gè)緊密接觸的細(xì)胞融合在一起?？v觀細(xì)胞融合的發(fā)展歷史，該技術(shù)的不斷改進(jìn)首先體現(xiàn)在融合及時(shí)的發(fā)展歷史上，從致癌活病毒到滅活病毒再到化學(xué)物質(zhì)，其次體現(xiàn)在新方法上再者體現(xiàn)在融合對(duì)象的不斷拓展上?，F(xiàn)在的細(xì)胞融合方法

6、一般采用化學(xué)方法和物理方法結(jié)合起來(lái)進(jìn)行的。二、細(xì)胞融合的意義細(xì)胞融合不受種屬的界限，可以實(shí)現(xiàn)種間生物體細(xì)胞的融合，是遠(yuǎn)緣雜交成為可能，因而是改造細(xì)胞遺傳物質(zhì)的有力手段。2.1 理論上說(shuō)任何細(xì)胞，都有可能通過(guò)體細(xì)胞雜交而成為新的生物資源。這對(duì)于種質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)和利用具有深遠(yuǎn)的意義。2.2 融合過(guò)程不存在有性雜交過(guò)程中的種性隔離機(jī)制的限制，為遠(yuǎn)緣物種的遺傳物質(zhì)交換提供了有效途徑。2.3 體細(xì)胞雜交產(chǎn)生的雜種細(xì)胞含有來(lái)自雙親的核外遺傳系統(tǒng)，在雜種的分裂和增殖過(guò)程中雙親的葉綠體、線粒體DNA也可以發(fā)生重組，從而產(chǎn)生新的核外遺傳系統(tǒng)。2.4 淋巴細(xì)胞雜交瘤和單克隆抗體的制備?？傊?，細(xì)胞融合的意義在于從此打

7、破了僅僅依賴有性雜交重組基因創(chuàng)造新種的界限和生殖壁壘，極大地?cái)U(kuò)大了遺傳物質(zhì)的重組范圍。細(xì)胞融合技術(shù)避免了分離、提純、剪切、拼接等基因操作。在技術(shù)和設(shè)備上沒(méi)那么復(fù)雜，有著重大的實(shí)踐意義，正得到科學(xué)界的日益重視。三、動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合是從細(xì)胞水平來(lái)改變動(dòng)物細(xì)胞的遺傳性，用于生產(chǎn)單克隆抗體、疫苗等特定的生物制品。培育動(dòng)物新品種，縮短動(dòng)物的育種過(guò)程，動(dòng)物細(xì)胞融合的應(yīng)用范圍已廣及生物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科，可別是在繪制人類基因圖譜方面取得了顯著成就。雖然細(xì)胞雜交屬于理論生物學(xué)范疇，但是在實(shí)際應(yīng)用方面也有重大突破。在基礎(chǔ)理論研究上，動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)對(duì)于研究細(xì)胞分化、基因定位、腫瘤發(fā)生機(jī)制等方面都有重要意義

8、。在實(shí)際應(yīng)用方面，動(dòng)物細(xì)胞融合技術(shù)在藥物定向釋放系統(tǒng)、細(xì)胞治療以及抗腫瘤免疫等方面起到重要的作用。3.1 用于生產(chǎn)單克隆抗體只針對(duì)某一抗原決定簇的抗體分子稱為單克隆抗體。單克隆抗體技術(shù)的核心是用骨髓瘤細(xì)胞(myeloma cell)與經(jīng)特定抗原免疫刺激的B淋巴細(xì)胞融合得到雜交瘤細(xì)胞(hybridoma cell)，雜交瘤細(xì)胞既能像骨髓瘤細(xì)胞那樣在體外無(wú)限增殖，又具有B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體的能力。因此，單克隆抗體技術(shù)又稱為雜交瘤技術(shù)。中科院上海細(xì)胞生物學(xué)研究所研制成功抗北京鴨紅細(xì)胞和淋巴細(xì)胞表面抗原的單克隆抗體，同時(shí)還與有關(guān)醫(yī)學(xué)部門合作，成功地制備了抗人肝癌和肺癌的單克隆抗體。3.2 用于基因

9、定位和繪制人類基因圖譜雜種細(xì)胞中某一染色體或其片段的存在與否與細(xì)胞的某一性狀表達(dá)與否相聯(lián)系，從而可以實(shí)現(xiàn)把基因定位于某一染色體或某一區(qū)段上。3.3 用于動(dòng)物育種體細(xì)胞核移植技術(shù)是將細(xì)胞核移植到另一細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的生物技術(shù)。動(dòng)物體細(xì)胞融合后，雜種細(xì)胞難以發(fā)育再生為一個(gè)個(gè)體。但借助于細(xì)胞核移植的方法將融合后雜種細(xì)胞的細(xì)胞核移入去核成熟卵內(nèi)，可培育新的雜種。另外，細(xì)胞核移植技術(shù)的建立，還為目前進(jìn)行的哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆和轉(zhuǎn)基因技術(shù)做了良好的鋪墊。3.4 用于細(xì)胞療法將患者的任何體細(xì)胞與去核卵細(xì)胞融合，融合子進(jìn)行有絲分裂形成囊胚，囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)是多能干細(xì)胞，對(duì)多能干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)使其定向分化可形成所需的組

10、織和器官用于器官移植，不僅解決了器官和組織來(lái)源問(wèn)題，而且也避免宿主對(duì)外來(lái)物的免疫排斥。3.5 動(dòng)物體細(xì)胞融合在基礎(chǔ)理論研究方面的作用在這方面，細(xì)胞融合主要用于研究細(xì)胞核質(zhì)關(guān)系和個(gè)體發(fā)育，解釋疾病的發(fā)生機(jī)制和膜蛋白動(dòng)力學(xué)研究。四、植物細(xì)胞融合技術(shù)植物細(xì)胞融合技術(shù)目前主要是作為擴(kuò)大變異的手段，同時(shí)也朝著將抗藥性和胞質(zhì)雄性不育等細(xì)胞基質(zhì)基因?qū)肓硪粋€(gè)體細(xì)胞的方向發(fā)展，有可能形成新的核質(zhì)雜種。如果獲得了有用性狀的細(xì)胞系，在還不能形成植株時(shí)，就可以通過(guò)快速大量繁殖細(xì)胞加以利用。4.1 在生產(chǎn)研究方面植物細(xì)胞融合在育種上有重要的應(yīng)用價(jià)值，在生產(chǎn)研究應(yīng)用方面，通過(guò)誘導(dǎo)不同種屬間甚至不同科間原生質(zhì)體的融合，可

11、能打破有性雜交不親和性的界限，廣泛地組合各種基因型，從而有可能形成有性雜交方法所無(wú)法獲得的新型雜交植株。4.2 運(yùn)用于外源遺傳物質(zhì)引入原生質(zhì)體植物細(xì)胞融合可以將細(xì)胞器、DNA、質(zhì)粒、病毒、細(xì)菌等外源遺傳物質(zhì)引入原生質(zhì)體，從而有可能引起細(xì)胞遺傳性的改變，為某些珍稀動(dòng)物的復(fù)壯等提供了可行的方法，應(yīng)用于植物育種、種質(zhì)保存、無(wú)性系的快速繁殖和有用物質(zhì)生產(chǎn)等等。五、微生物細(xì)胞融合技術(shù)用于植物和微生物育種是細(xì)胞融合技術(shù)最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)微生物而言，該技術(shù)主要用于改良微生物菌種特性，提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量，使菌種獲得新的性狀，合成新產(chǎn)物等。5.1 微生物細(xì)胞融合技術(shù)的對(duì)象在目前，微生物細(xì)胞融合的對(duì)象已拓展到酵母、霉菌、細(xì)菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間，不斷培育出用于各種領(lǐng)域的新菌種。5.2 微生物細(xì)胞融合技術(shù)的應(yīng)用微生物細(xì)胞融合技術(shù)的一項(xiàng)突出應(yīng)用是生物藥品的生產(chǎn)，包括抗生素、生物活性物質(zhì)、疫苗等。它適用于疾病的診斷、預(yù)防及治療等。另一方面的突出應(yīng)用就是為發(fā)酵工業(yè)提供優(yōu)良菌種。在對(duì)未來(lái)的展望里，細(xì)胞融合在細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞核質(zhì)關(guān)系、單克隆抗體及遠(yuǎn)緣雜交育種等方面具有重要價(jià)值?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】 陳志南.細(xì)胞構(gòu)建技術(shù).細(xì)胞工程.科學(xué)出版社.2005:124-138.【2】 羅立