HaCaT 细胞 - 探索皮肤生物学和疾病
HaCaT 细胞来源于人类表皮角质细胞，通常用于探索表皮的稳态和相关病理。这些细胞被认为是自发永生化的人类角质形成细胞，值得注意的是，它们是从正常皮肤角质形成细胞中提取的，没有遇到危机或生长迟缓。这种独特的起源赋予了 HaCaT 细胞一系列不同于其他细胞系的遗传和生长特性。尽管 HaCaT 细胞系在体外表现出转化表型，在琼脂或塑料上具有克隆生成特性，但它仍然不致癌。HaCaT 细胞是第一个来自成人皮肤并显示正常分化的稳定上皮细胞系，是研究人体细胞角质化调控的重要工具。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。
1.HaCaT 细胞的特点
HaCaT 细胞可在低钙条件下培养，外观呈纺锤形，缺乏细胞间的紧密连接，就像在相同条件下培养的原代细胞一样。在正常表皮中，角质细胞从基底层的干细胞发育而来，经过棘层和颗粒层，最后到达角膜层并脱落到环境中。增殖和脱屑之间的平衡受到严格调节，每 28 天就会完全更新或变化一次，这一复杂的过程被称为角质化。这一过程受到高度调控，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，这对于保持皮肤结构的完整性和弹性至关重要。虽然 HaCaT 细胞中会出现连续的染色体改变，但它们可能与重大的分化问题无关，而是显示了人类成年角质形成细胞在体外的自发转化。
2.HaCaT 细胞的遗传特征和起源
HaCaT 细胞是一种自发永生的人类角质形成细胞系，源自成人皮肤，代表了一种独特的进化途径。这些细胞的 p53 基因两对等位基因都发生了突变，这是紫外线辐射诱导突变的典型特征 [3,4]。此外，HaCaT 细胞被认为是由 p53 抑癌基因突变和衰老基因缺失产生的 [5]。
肿瘤抑制基因 p53 因其在 DNA 修复中的作用和作为基因组的守护者而闻名，它诱导人类皮肤对 DNA 损伤做出反应 [4]。据观察，由于体内 p53 基因突变，HaCaT 细胞部分丧失了对 DNA 损伤的保护机制，使其容易在培养温度升高时发生细胞遗传学变化。使 HaCaT 细胞永生的另一个机制是端粒酶活性的增加[7]。在正常细胞中，端粒会随着每次细胞分裂而不断缩短，直至细胞衰老。端粒酶是一种特殊的细胞酶复合物，具有逆转录酶活性，能维持端粒长度的稳定。相比之下，HaCaT 细胞的端粒酶活性明显增加，从而使端粒长度得到很好的维持。这些观察结果证实了端粒酶在 HaCaT 细胞永生化过程中的作用。
目前已发现三种特定的染色体易位，它们导致染色体臂 3p、4p 和 9p 缺失一个拷贝，9q 增益，并形成等染色体。3p 染色体短臂的缺失可能导致衰老基因的缺失和 HaCaT 细胞的永生化 [8]。HaCaT 细胞是低二倍体，拥有代表其单克隆起源的独特而稳定的标记染色体。HaCaT 细胞系的特征和头部已通过使用超变异小卫星标记的 DNA 指纹图谱得到证实 [3-6]。
3.如何用 5 个简单步骤收获 HaCaT 细胞
- 对于 T25 烧瓶，用 3-5 mL 不含钙和镁的 PBS 冲洗粘附的细胞；对于 T75 烧瓶，用 5-10 mL PBS 冲洗粘附的细胞。
- 每个 T25 烧瓶加入 1-2 mL 新鲜配制的 0.05% EDTA 溶液，或每个 T75 烧瓶加入 2.5 mL 新鲜配制的 EDTA 溶液，确保覆盖整个细胞片，然后在 37°C 孵育 10 分钟。
- 每个 T25 烧瓶加入 1 mL 新鲜制备的胰蛋白酶/EDTA（0.05%/0.025%）溶液，或每个 T75 烧瓶加入 2.5 mL 新鲜制备的胰蛋白酶/EDTA（0.05%/0.025%）溶液，再次确保完全覆盖细胞片。细胞应在 1-2 分钟内脱离。
- 加入含 FBS 的细胞培养基，停止胰蛋白酶活性。
- 将细胞分装到含有新鲜细胞培养基的新烧瓶中。
4.HaCaT 细胞的应用
HaCaT 细胞是研究角质形成细胞的重要工具 [9]。这些永生细胞具有新生物前期细胞的功能，能让人深入了解恶性和新生物转化过程中的变化 [10]。单层 HaCaT 细胞培养对于细胞毒性和体外伤口愈合分析应用至关重要。HaCaT 细胞还可用于评估由各种制剂、肿瘤或炎症过程引起的皮肤毒性。它们还可用于分析皮肤过敏反应的不同机制、活性氧的影响以及紫外线照射。受刺激后，HaCaT 细胞可分化并表达特定的分化标记，如渐缩蛋白、K14 和 K10。HaCaT 细胞也常用作研究表皮稳态病理生理学的模型 [6]。
HaCaT cells retain their capacity to reconstitute a structured epidermis in vivo after transplantation, resulting in a stratified epidermal structure that can be reverted between a basal and differentiated state by changes in calcium concentration in the medium. These cells also allow the characterization of several biological processes, such as their use as a vitamin D model system and metabolism in the skin. Because HaCaT cells are not genetically engineered, they present an unbiased view of the broad spectrum of initial genetic events in human skin.
HaCaT 细胞移植后仍能在体内重建结构化表皮，形成分层表皮结构，并可通过改变培养基中的钙浓度在基础状态和分化状态之间进行转换。这些细胞还可用于描述一些生物过程，如用作维生素 D 模型系统和皮肤的新陈代谢。由于 HaCaT 细胞没有经过基因工程改造，因此可以公正地观察到人类皮肤中的各种初始基因事件。
5.特色视频：探索 HaCaT 细胞的世界
"HaCaT 细胞迁移"：这段视频展示了 HaCaT 细胞的细胞迁移过程。细胞迁移是伤口愈合和癌症转移等各种生物过程的基本过程。视频在显微镜下演示了 HaCaT 细胞的移动，直观地展示了这些细胞是如何迁移的。当细胞从一个位置移动到另一个位置时，可以观察到细胞的活动，视频清晰地展示了细胞在这一过程中发生的变化。
"在 HaCaT 细胞上进行划痕试验"：这段视频展示了在 HaCaT 细胞上进行的划痕检测。划痕试验是一种广泛用于研究细胞迁移的技术，在本例中，它用于分析 HaCaT 细胞的迁移。视频演示了在细胞培养皿表面形成划痕的过程，然后在显微镜下观察 HaCaT 细胞随着时间的推移迁移并关闭缝隙的过程。
"用于伤口愈合实验的 HaCaT 角质细胞的细胞生长"：这段视频演示了用于伤口愈合实验的 HaCaT 角质细胞的细胞生长过程。HaCaT 角质细胞是伤口愈合研究中常用的细胞系。
"HaCaT 细胞分化"：这段视频展示了分化 HaCaT 细胞的必要步骤。HaCaT 细胞可分化成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，直观地展示了分化的各种标记和特征。分化过程对皮肤的正常功能至关重要，视频重点介绍了 HaCaT 细胞经历的不同分化阶段。
参考资料
- Angel P 和 Karin M：Jun、Fos 和 AP-1 复合物在细胞增殖和转化中的作用。Biochim Biophys Acta 1072:129-157, 1991 Argyris TS：表皮增生的调节。Crit Rev Toxicol 9:151-200, 1981
- Baden HP、Kubilus J、Kvedar JC、Steinberg ML、Wolman SR：自发产生的长寿命人角质形成细胞系（NM-1）的分离与特征。体外细胞发育生物学》23（3）：205-13，1987 年
- Lehmann TA、Modali R、Boukamp P、Stanek J、Bennett WP、Welsh JA、Metcalf RA、Stampfer MR、Fusenig NE、Rogan EM、Harriss CC：人类永生上皮细胞系中的 p53 突变。癌症发生 14：833-839，1993 年
- 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 p53 基因中阳光导致的突变热点。Proc Natl Acad Sci USA 90:4216-4220, 1993
- Fusenig NE, Boukamp P. 人类皮肤角朊细胞永生化、恶性转化和肿瘤进展的多个阶段和基因改变。 Mol Carcinog. 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和癌源皮肤角质形成细胞中的端粒酶活性。Proc Natl Acad Sci USA 93:6476-81, 1996
- Colombo I, Sangiovanni E, Maggio R, et al. HaCaT 细胞作为一种可靠的体外分化模型，可用于剖析人类角质形成细胞的炎症/修复反应。 Mediators Inflamm. 2017;2017:7435621.
- Boukamp, P. et al. Normal keratinization in a spontaneously immortalized aneuploid human keratinocyte cell line. J. Cell Biol. 106, 1996, 7.细胞生物学》，106，1996，761-771。
- Gibbs, Graham：Gibbs, Graham: Analysing qualitative data.圣人定性研究工具包》。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. Normal keratinization in a spontaneously immortalized aneuploid human keratinocyte cell line. 细胞生物学》（1988 年）；106:761-771。