細胞融合

細胞融合(cell fusion)，細胞遺傳學名詞，是在自發或人工誘導下，兩個細胞或原生質體融合形成一個雜種細胞。基本過程包括細胞融合形成異核體(heterokaryon)、異核體通過細胞有絲分裂進行核融合、最終形成單核的雜種細胞。細胞融合可作為一種實驗方法被廣泛適用於單克隆抗體的製備，膜蛋白的研究。

基本介紹

• 中文名：細胞融合
• 外文名：cell fusion
• 學科範圍：細胞遺傳學
• 套用：單克隆抗體的製備，膜蛋白的研究
• 依靠學科：生物，物理

定義

有性繁殖時發生的精卵結合是正常的細胞融合，即由兩個配子融合形成一個新的二倍體。而細胞融合為在自然條件下或用人工方法（生物的、物理的、化學的）使兩個或兩個以上的細胞合併形成一個細胞的過程。其中人工誘導的細胞融合，在六十年代作為一門新興技術而發展起來。由於它不僅能產生同種細胞融合，也能產生種間細胞的融合，因此細胞融合技術目前被廣泛套用於細胞生物學和醫學研究的各個領域。基因型相同的細胞融合成的雜交細胞稱為同核體（homokaryon）；來自不同基因型的雜交細胞則稱為異核體（heterokaryon）。

發展簡史

19世紀30年代，科學家們相繼在肺結核，天花，水痘，麻疹等疾病患者的病理組織中觀察到多核細胞。

19世紀70年代，科學家們在蛙的血細胞中也看到了多核細胞的現象，但是當時科學發展水平的限制，沒有給予足夠重視。

細胞融合

1962年，日本科學家發現日本血凝型病毒能引起艾氏腹水瘤細胞融合的現象。

1965年，英國科學家進一步證實了滅活的病毒在適當的條件下也可以誘發動物細胞融合。

後來科學家又成功誘導了不同種動物的體細胞融合，並且能將雜種細胞培養成活。細胞融合技術不斷改進，現在已廣泛套用於細胞學，遺傳學，免疫學，病毒學等多種學科的研究工作中。

融合過程

細胞膜有內外兩層，細胞融合首先發生在外層，然後再到內層，由此就出現了兩種融合通道，細胞體內物質通過這兩種通道轉移。病毒膜與目標細胞融合時，只出現一種融合通道，即導致融合的基因只能在病毒中找到，而在目標細胞中卻找不到。但是，通過EFF-1發生的細胞融合則是一個雙向融合過程，需要EFF-1出現在兩個相互融合的細胞中。

研究進展

Muller於1838年觀察到脊椎動物腫瘤細胞能在體內自發地融合產生多核的腫瘤細胞。

Virchow於1858年描述了正常組織、發炎組織以及腫瘤組織中的多核細胞現象。

Luginbuhl於1873年觀察到天花病人的血液中也有多核的血細胞存在。

Lange於1875年第一個觀察到脊椎動物（蛙類）的血液細胞發生融合的過程。

Cienkawski(1876）、Buck(1877）、Geddes(1880）在無脊椎動物中發現了細胞合併現象。

1958年日本學者岡田（Okada）發現仙台病毒具有觸發動物細胞融合的效應。

1974年華裔加拿大學者高國楠創立了聚乙二醇（PEG）化學融合法。

1975年Kohler和Milstein成功地融合了小鼠B-淋巴細胞和骨髓瘤細胞而產生能分泌穩定單克隆抗體的雜交瘤細胞。

20世紀80年代出現了電融合技術。

意義

⒈理論上說任何細胞，都有可能通過體細胞雜交而成為新的生物資源。這對於種質資源的開發和利用具有深遠的意義。

⒉融合過程不存在有性雜交過程中的種性隔離機制的限制，為遠緣物種間的遺傳物質交換提供了有效途徑。

⒊體細胞雜交產生的雜種細胞含有來自雙親的核外遺傳系統，在雜種的分裂和增殖過程中雙親的葉綠體、線粒體DNA亦可發生重組，從而產生新的核外遺傳系統。

⒋淋巴細胞雜交瘤和單克隆抗體的製備。

融合方法

同種細胞在培養時2個靠在一起的細胞自發合併，稱自發融合；異種間的細胞必須經誘導劑處理才能融合，稱誘發融合。

仙台病毒法融合

①兩種細胞在一起培養，加入病毒，在4℃條件下病毒附著在細胞

膜上。並使兩細胞相互凝聚；

②在37℃中，病毒與細胞膜發生反應，細胞膜受到破環，此時需

要Ca2+和Mg2+，最適PH為8.0一8.2；

②細胞膜連線部穿通，周邊連線部修復，此時需Ca2+和ATP；

④融合成巨大細胞，仍需ATP。

聚乙二醇（PEG）法

聚乙二醇（PEG）結構為：HOH2C（CH20CH2)nCH2OH，分子量大於200小於6000者均可用作細胞融合劑。PEG經高壓滅菌後，與溫熱的Engle氏液混合。一般選用分子量為4,000，常用濃度為50%，pH8.0～pH8.2（用10%NaHCO3調整），分子量小的PEG，融合效應差，又有毒性，分子量過大，則粘性太大，不易操作。

電融合法

在直流電脈衝的誘導下，細胞膜表面的氧化還原電位發生改變，使異種細胞粘合併發生質膜瞬間破裂，進而質膜開始連線，直到閉和成完整的膜，形成融合體。

優點：融合率高、重複性強、對細胞傷害小；

裝置精巧、方法簡單、可在顯微鏡下觀察或錄像觀察融合過程；

免去PEG誘導後的洗滌過程、誘導過程可控性強。

離心振動

物理方法之一，使用離心機等機器實現細胞之間的融合。

誘導物

細胞融合的誘導物種類很多．常用的主要有生物法用滅活的仙台病毒(Sendai virus），化學法如用聚乙二醇(Polyethyleneglycol，PEG）和物理法如電脈衝，振動、離心、電激。目前套用最廣泛的是聚乙二醇，因為它易得、簡便，且融合效果穩定。PEG的促融機制尚不完全清楚，它可能引起細胞膜中磷脂的醯鍵及極性基團發生結構重排。動植物細胞融合方法不同，生物法利用滅活仙台病毒是動物細胞融合所特有的。

自發條件下或人工誘導下，兩個不同基因型的細胞或原生質體融合形成一個雜種細胞。基本過程包括細胞融合導致異核體(heterokaryon）的形成，異核體通過細胞有絲分裂導致核的融合，形成單核的雜種細胞。有性生殖時發生正常的細胞融合，即由兩個配子融合成一個合子。

實驗操作

（以人鼠細胞雜交為例）

人、鼠細胞融合實驗分三步進行∶首先用螢光染料標記抗體∶將小鼠的抗體與發綠色螢光的螢光素（fluorescin）結合，人的抗體與發紅色螢光的羅丹明（rhodamine）結合；第二步是將小鼠細胞和人細胞在滅活的仙台病毒的誘導下進行融合；最後一步將標記的抗體加入到融合的人、鼠細胞中，讓這些標記抗體同融合細胞膜上相應的抗原結合。開始，融合的細胞一半是紅色，一半是綠色。在37℃下40分鐘後，兩種顏色的螢光在融合的雜種細胞表面呈均勻分布，這說明抗原蛋白在膜平面內經擴散運動而重新分布。這種過程不需要ATP。如果將對照實驗的融合細胞置於低溫（1℃）下培育，則抗原蛋白基本停止運動。這一實驗結果令人信服地證明了膜整合蛋白的側向擴散運動。

人鼠細胞雜交

套用價值

細胞融合不僅可用於基礎研究，而且還有重要的套用價值，在植物育種方面已經成功的有蘿蔔+甘藍、粉藍菸草+郎氏菸草、番茄+馬鈴薯等等。細胞融合另一個重要套用就是製備單克隆抗體。單克隆抗體可以用作診斷試劑，治療疾病和運載藥物，具有準確，高效，簡易，快速等優點。

成功例證

生物種類	細胞來源
甘藍—青菜	葉—根
大豆—馬唐草	愈傷組織—葉
矮牽牛—龍面花	葉—花瓣
大麥—花生	種子—種子
大麥—大豆	葉—懸浮細胞
小麥—矮牽牛	葉—花瓣
油菜—大豆	葉—懸浮細胞
玉米—大豆	葉—懸浮細胞
大豆—野豌豆	懸浮細胞—懸浮細胞
大麥—蠶豆	葉—根
大豆—香草木犀	懸浮細胞—葉
酵母菌—雞	原生質體—血紅細胞
大豆—菸草	懸浮細胞—葉
大豆—秋水仙	懸浮細胞—葉
人—胡蘿蔔	腹水癌細胞—原生質體
番茄—馬鈴薯	葉—根尖
人—小鼠	纖維瘤細胞—畸態瘤細胞