组织培养细胞生物学

细胞在体外培养后，如一切条件适宜，便可生存和进行生命活动，如移动等，但最主要的是生长和增殖。生长和增殖并非同一概念，细胞生长指的是：细胞体积增大，而细胞增殖是细胞数量增多。体外培养细胞来源于体内，其基本细胞生物学规律和体内相同。但随生活环境的改变，很多方面如形态结构和增殖规律等，与体内时又有所别。这里所叙述的是“体外培养细胞生物学”，即有关细胞在体外培养条件下的细胞生物学行
为。它具有着本身的特点和规律，不能为一般细胞生物学完全替代，是组织培养工作者应熟知的知识。

一、体内外细胞的差异和分化
已如前述，目前人体内所有细胞基本上皆可进行培养。培养细胞已成为人们借以研究人体内相应器官、组织和细胞的正常和异常生命活动的重要对象。但却面临一个重要的问题，即体外培养细胞和体内细胞有否差异，是否可视为同一？如否，则培养细胞将失掉其应用价值。因此这是一个十分重要和应首先阐明和回答的理论问题。比较体内、外细胞可见，它们的增殖方式是相同的，均赖于有丝分裂。体内、外细胞的差异关键在于细胞的分化，从而细胞分化是检测细胞差异的核心问题。
（一）体内外细胞的差异
当前人工模拟体内环境的技术已经很高，细胞生活在人工培养条件下不仅能很好的生存、生长和增殖，在一定程度上，人们已能控制细胞的分化。但当前我们毕竟尚未能彻底了解人体内一切细胞活动的内在联系，人工所模拟的条件与体内实际情况仍不完全相同。这样，当细胞被置于体外培养后，一旦失去神经体液的调节和细胞相互间的影响、生活在缺乏动态平衡的环境中，日久天长，发生变化是必然的。培养细胞最多见的表现是：失去原有组织结构和细胞形态、分化减弱或不显、出现类似“反祖”（Atavism）现象；表现为细胞趋单一化，或获得不死性，或变成具有恶性性状的细胞群。上述变化曾使组织培养者困惑多年，近年随分子生物学研究进展，很多问题已获得了初步答案。
细胞增殖和分化是细胞生命进化中所获得的基本属性。组成人体结构、功能和生长发育的基本单位的细胞，是已发生了高度分化的成分。表现在人体细胞与细胞之间呈现着高度的相互依存性、和个体细胞相对失去独立性。从受精卵形成开始，细胞的两个基本过程增殖和分化，便协调地进行着。增殖使细胞数量增多，分化使机体结构和功能多样化，最终演变形成完整的人体。此间每个细胞的生命活动，均听命于外源信号（来自
其它细胞），通过相关基因的调控，使之发生增殖或分化的表达。当细胞被离体培养后，信号来源切断，特定基因分化表达减弱或停止。而进化中保守的细胞增殖活动却可维持；遂使体内外细胞出现了差异。实际上这种差异从细胞离体培养的刹那间就开始了。 （生物秀 www.bbioo.com ）
（二）培养细胞的分化（表1-1）
个体从一个受精卵通过发育形成组织、器官等特殊结构和进行功能的过程，也可看作为细胞分化表达的过程。细胞分化机制是极其复杂的，是在细胞与细胞、细胞与体液和细胞与细胞外基质相互作用下，由众多基因参与、经过多阶段和多环节完成的动态演变过程。细胞离体培养因环境的改变，失掉上述在体内时的关系，细胞的分化可能发生如下的变化：
1．不适应（Deadaption）：
表现为，细胞在原体内时所拥有的分化特性减弱或不显，如肝细胞产生酪氨酸转移酶（Tyrosine Aminotransferase）特性的丧失；有人证明肝细胞产生酪氨酸转移酶需要激素（胰岛素、可的松）的诱导和与相应细胞基质（如Collagen）的相互作用，只要这些条件存在，便可产生。培养细胞分化的改变主要因环境改变所致。细胞在体外培养时间越长，分化改变越大；细胞刚离体培养时，先出现的现象可能属不适应，即由于环境的改变而出现的变化。
2．脱分化或去分化（Dedifferentiation）：
细胞也可能出现脱分化或去分化，即细胞失掉发生分化的能力。仍以肝细胞为例，当肝细胞失掉产生精氨酸酶（ Arginase）、氨基转移酶等特性后，则失掉贮存肝糖原能力，并很难再现。因此不适应和脱分化两上概念不同。不适应是因生存条件的改变使分化发生阻抑；从分子水平考虑，脱分化很可能是基因变异所致，因此应分析体外培养细胞分化的改变属何种性质。很多细胞在培养中的改变只是因培养环境的改变和分化因子的缺乏，导致细胞分化表达受阻、分化基因表达抑制或不充分而已。但即便是脱分化也并不意味着细胞分化能力完全丧失。从细胞遗传学角度考虑，体外培养细胞，不论正常或肿瘤细胞都源于二倍体细胞，也即含有与体内细胞基本相同的基因组（Genome），也即存在着发生分化的依据。一种分化特性的丧失，不等于彻底消除了分化能力。
总的来看，体外培养细胞不仅有分化潜能，实际上随细胞来源种属和遗传性状的不同，很多细胞也仍然呈现着一定程度的分化表达现象（表1-1）。如毛细血管内皮细胞的体外培养时，可形成类似血管样结构，但仅限于初代培养和接种在类似基膜物质底物上生长时才可发生。说明与体内条件越近似时，细胞愈易发生分化。细胞离体培养时间越长，分化能力越差；培养细胞在体外生存时间与其分化能力呈反向关系。另外细胞置于
体外培养时，因环境的改变，细胞分化的表达形式也发生了与原体内时不同的变化。如二倍体成纤维细胞，在体外可传30~50 代，相当于150~300 个细胞周期，最后衰老死亡，呈现着生命发展分化过程。在体内脱原蛋白（Collagen）是成纤维细胞和骨细胞的主要产物。而在体外培养的细胞，不仅成纤维细胞能产生胶原，在一定条件下，上皮细胞、神经细胞，甚至一些肿瘤细胞也能产生胶原。根据细胞分化是众多蛋白质和酶参与的过程考虑，特异蛋白质或酶的表达也属分化现象。因此，细胞产生某一特定蛋白质的表达过程，可视为分化表达现象。杂交瘤细胞产生特异的抗体也是细胞分化行为。