HaCaT细胞——探索皮肤生物学与疾病
HaCaT细胞源自人类表皮角质形成细胞，常用于研究表皮稳态及其相关病理。这些细胞被视为自发永生化的人类角质形成细胞，其独特之处在于它们源自正常皮肤角质形成细胞，且未经历细胞危机或生长迟缓。 这种独特的来源赋予了HaCaT细胞一套与其他细胞系不同的遗传和生长特性。尽管在体外表现出转化表型，并在琼脂或塑料培养基上具有克隆形成能力，但HaCaT细胞系仍不具有致瘤性。 作为首个来自成人人类皮肤且能表现出正常分化的稳定上皮细胞系，HaCaT细胞是研究人类细胞角化过程调控机制的宝贵工具。由于这些细胞能在体外有效增殖和分化，因此具有广泛的应用前景。
- 培养基
- 参见产品页面
- 倍增时间
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- 生长类型
- 贴壁
- 生物安全等级
- BSL-1
HaCaT细胞的特征
HaCaT 细胞可在低钙条件下培养，其形态呈纺锤形，且缺乏细胞间紧密连接，这与在相同条件下培养的原代细胞相似。 在正常表皮中，角质形成细胞从基底层的干细胞发育而来，经过棘层和颗粒层，最终到达角质层，并脱落到环境中。 增殖与脱落之间这种受到严格调控的平衡，导致每 28 天进行一次完全的更新或变化，这是一个被称为角化的复杂过程。该过程受到高度调控，涉及基因表达、结构设计和酶活性的显著变化。 为了进行体外和体内分析，HaCaT 细胞必须保持人类表皮细胞分化层特有的表皮角蛋白，这对维持皮肤的结构完整性和弹性至关重要。 尽管 HaCaT 细胞中可能会发生连续的染色体改变，但这些改变可能与显著的分化问题无关，而是表明了人类成年角质形成细胞在体外发生的自发转化。
HaCaT细胞的遗传特征与起源
HaCaT细胞是一种源自成人皮肤的自发永生化人角质形成细胞系，代表了一条独特的进化路径。这些细胞的p53基因两个等位基因均存在突变，这通常是紫外线辐射诱导突变的典型特征[3,4]。 此外，据推测 HaCaT 细胞是由 p53 抑癌基因突变产生，随后伴随衰老基因的丢失而形成的 [5]。
肿瘤抑制基因 p53 以其在 DNA 修复中的作用和作为基因组的守护者而著称，它能诱导人体皮肤对 DNA 损伤作出反应 [4]。 据观察，由于 p53 基因在体内的突变，HaCaT 细胞部分失去了对 DNA 损伤的保护机制，使其容易在培养温度升高时积累细胞遗传学变化。HaCaT 细胞永生的另一个机制涉及端粒酶活性的增加 [7]。 在正常细胞中，端粒随着每次细胞分裂而不断缩短，直到细胞进入衰老期。 端粒酶是一种具有逆转录酶活性的特殊细胞酶复合物，可维持稳定的端粒长度。相比之下，HaCaT 细胞的端粒酶活性显著增加，从而使端粒长度得以很好地维持。这些观察结果证实了端粒酶在 HaCaT 细胞不老化过程中的作用。
已鉴定出三种具体的染色体易位，导致 3p、4p 和 9p 染色体臂各丢失一个拷贝，9q 染色体臂增加，并形成等染色体。 3p短臂的缺失可能导致衰老基因的丢失，从而促使HaCaT细胞实现永生化[8]。 HaCaT细胞为亚二倍体，具有独特且稳定的标记染色体，代表其单克隆起源。HaCaT细胞系的特征和系谱已通过使用超变微卫星标记的DNA指纹分析得到证实[3-6]。
5 个简单步骤收获 HaCaT 细胞
- 移除培养基，并使用 3-5 mL 无钙镁的 PBS 冲洗 T25 培养瓶中的贴壁细胞，或使用 5-10 mL 冲洗 T75 培养瓶中的贴壁细胞。
- 向每个T25培养瓶中加入1-2 mL新配制的0.05% EDTA溶液，或向每个T75培养瓶中加入2.5 mL，确保覆盖整个细胞层，并在37°C下孵育10分钟。
- 每只 T25 培养瓶加入 1 毫升新配制的胰蛋白酶/EDTA（0.05%/0.025%）溶液，或每只 T75 培养瓶加入 2.5 毫升，再次确保完全覆盖细胞片。细胞应在 1-2 分钟内脱落。
- 加入含FBS的细胞培养基，终止胰蛋白酶的活性。
- 将细胞分装到装有新鲜细胞培养基的新烧瓶中。
HaCaT 细胞的应用
HaCaT细胞是研究角质形成细胞的重要工具[9]。这些不朽化细胞具有癌前细胞的功能，有助于深入了解恶性及肿瘤转化过程中的变化[10]。 单层HaCaT细胞培养对细胞毒性及体外伤口愈合分析应用至关重要。HaCaT细胞还可用于评估各种致剂引起的皮肤毒性以及肿瘤或炎症过程。它们可用于分析皮肤过敏反应的不同机制、活性氧的作用以及紫外线照射的影响。 经刺激后，HaCaT细胞可分化并表达特异性分化标志物，如包皮素（involucrin）、K14和K10。HaCaT细胞还常被用作研究表皮稳态病理生理学的模型[6]。
HaCaT细胞在移植后仍能在体内重建有组织的表皮，形成分层表皮结构，且可通过培养基中钙浓度的变化在基底状态与分化状态之间进行转换。 这些细胞还可用于表征多种生物过程，例如作为维生素D模型系统以及研究皮肤代谢。由于HaCaT细胞未经过基因工程改造，因此能客观反映人类皮肤中广泛的初始遗传事件。
精选视频：探索HaCaT细胞的世界
“HaCaT细胞迁移”：本视频展示了HaCaT细胞的迁移过程。细胞迁移是多种生物过程（如伤口愈合和癌症转移）中不可或缺的环节。 视频通过显微镜展示了HaCaT细胞的运动，直观呈现了这些细胞的迁移方式。观察到细胞从一处移动到另一处时的活动状态，视频清晰地展示了细胞在此过程中发生的改变。
“HaCaT细胞划痕实验”：本视频展示了在HaCaT细胞上进行的划痕实验。 划痕实验是研究细胞迁移的常用技术，在此案例中，该技术被用于分析 HaCaT 细胞的迁移。视频演示了在细胞培养皿表面制造划痕的过程，随后通过显微镜观察 HaCaT 细胞随时间推移迁移并闭合缺口的现象。
“用于伤口愈合实验的HaCaT角质形成细胞培养”：本视频演示了用于伤口愈合实验的HaCaT角质形成细胞培养过程。HaCaT角质形成细胞是伤口愈合研究中常用的细胞系。
“HaCaT细胞分化”：本视频展示了HaCaT细胞分化的必要步骤。HaCaT细胞可分化为不同类型的皮肤细胞。视频演示了HaCaT细胞在分化过程中的变化，直观呈现了分化的各种标志物和特征。 分化过程对皮肤的正常功能至关重要，本视频重点展示了HaCaT细胞经历的分化不同阶段。
参考文献
- Angel P 和 Karin M：Jun、Fos 及 AP-1 复合物在细胞增殖与转化中的作用。《生物化学与生物物理学报》1072:129-157, 1991 Argyris TS： 表皮增生性生长的调控。《毒理学批判性评论》9:151-200, 1981
- Baden HP, Kubilus J, Kvedar JC, Steinberg ML, Wolman SR：一种自发产生的人角质形成细胞长寿系（NM-1）的分离与鉴定。《体外细胞与发育生物学》23(3):205-13, 1987
- Lehmann TA、Modali R、Boukamp P、Stanek J、Bennett WP、Welsh JA、Metcalf RA、Stampfer MR、Fusenig NE、Rogan EM、Harriss CC：人类永生化上皮细胞系中的 p53 突变。 《致癌作用》 14:833-839，1993
- Ziegler A-M、Leffell DJ、Kunala S、Sharma HW、Gailani M、Simon JA、Halperin AJ、Baden HP、Shapiro PE、Bale AE、Brash DE：非黑色素瘤皮肤癌中 p53 基因因阳光照射而产生的突变热点。 《美国国家科学院院刊》 90:4216-4220，1993
- Fusenig NE、Boukamp P. 人类皮肤角质形成细胞的不死化、恶性转化和肿瘤进展中的多个阶段和基因改变。《分子致癌》 1998;23(3):144-158。
- Harle-Bachor C, Boukamp P: 人类皮肤表皮再生基底层以及永生化和癌源性皮肤角质形成细胞中的端粒酶活性。《美国国家科学院院刊》93:6476-81, 1996
- Colombo I, Sangiovanni E, Maggio R, 等. HaCaT细胞作为解析人类角质形成细胞炎症/修复反应的可靠体外分化模型。《炎症介质》2017;2017:7435621.
- Boukamp, P. 等。自发永生化非整倍体人类角质形成细胞系中的正常角化。细胞生物学杂志 106, 1996, 761–771.
- 吉布斯，格雷厄姆：《定性数据分析》。Sage定性研究工具包。伦敦：Sage 978-0-7619-4980-0。
- Hedrick TE, Bickman L, Rog DJ. 1993. 《应用研究设计：实用指南》。Sage：伦敦
- Boukamp P. Petrussevska R. T. Breitkreutz D. Hornung J. Markham A. Fusenig N. E. 自发永生化非整倍体人类角质形成细胞系中的正常角化。 《细胞生物学》（1988）；106：761–771。