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THP-1细胞系在免疫与炎症研究中的应用

THP-1细胞系

THP-1细胞系是一种人白血病单核细胞系,是从急性单核细胞白血病患者的外周血中分离出来并建系的。由于THP-1细胞系可以被诱导分化成单核/巨噬细胞,可作为体外细胞模型,用于单核/巨噬细胞功能、机制和信号通路等相关研究,因此受到广大科研人员的青睐。

 

一、THP-1细胞的应用——作为研究炎症和免疫方向的细胞模型

单核/巨噬细胞属于固有免疫系统,它们可识别、吞噬和消化侵入机体的病原体或其他异物。同时,它们作为一类主要的抗原提呈细胞,在特异性免疫应答的诱导和调节起关键作用。在特定的诱导条件下,THP-1细胞可分化成单核/巨噬细胞,因此THP-1细胞可作为研究炎症和免疫方向的细胞模型。

 

先通过佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯(phorbol-12-myristate-13-acetate(PMA)可以将THP-1细胞诱导成巨噬细胞,再添加脂多糖(LPS)和IFN-γ诱导成M1型巨噬细胞,或添加IL-4、IL-13等因子诱导为M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞富含溶酶体颗粒,可通过反应性中间物(ROI)、一氧化氮(NO)和释放溶酶体酶杀伤清楚病原体,并合成分泌MCP-1、CCL3、CXCL8等趋化因子和IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子介导产生炎症反应。所以THP-1细胞来源的M1型巨噬细胞是一种典型的炎症模型。而M2型巨噬细胞可合成分泌IL-10、TGF-β等因子,介导产生抑炎作用和参与损伤组织修复和纤维化。

 

二、THP-1细胞系的优点

单核/巨噬细胞的来源并不唯一,除了可以通过THP-1细胞系的诱导分化,还能从外周血单个核细胞(Peripheral blood mononuclear cell, PBMC)分离得到。虽然两种方法均能获得单核/巨噬细胞,但较多研究使用THP-1细胞系,这是由于THP-1细胞系具有下面的优点:

 

❖THP-1更有类似人原代单核细胞的形态和功能特征

❖THP-1单核细胞的增殖速度快(平均倍增时间约为35~50小时),在特定的培养条件下增殖速度还能进一步提高。这个生长速率比PBMC来源的单核细胞要高得多。

❖THP-1细胞系传代稳定性高,是一种永生化细胞系。可在体外培养至25代,且细胞稳定性和活性不变。

❖THP-1细胞系的可用性高。THP-1细胞可以储存数年,可稳定复苏,且不影响单核/巨噬细胞特征和活力。而PBMC来源的单核细胞不能储存在液氮中,因此PBMC来源的单核细胞的可用性往往是有限的。

❖THP-1细胞系的同质遗传背景使得细胞表型稳定,有利于实现实验的可重复性。而不同供体来源的PBMC衍生单核细胞往往变异性较高。

❖使用THP-1细胞系的安全性高。暂无报道发现THP-1细胞存在传染性病毒或有毒产物。

 

三、创建带有基因修饰的THP-1细胞模型,助力免疫和炎症等领域的研究

基于THP-1细胞的众多优点,不少科研人员以THP-1细胞为遗传背景进行基因修饰,再分化巨噬细胞,开展免疫和炎症等领域的研究。比如下面的报道[2],作者通过CRISPR-Cas系统在THP-1细胞中敲除CXCR4,再分化为肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages,TAMs),从而研究在TAMs中敲除CXCR4对乳腺癌细胞迁移的影响。

 

作者将THP-1来源的CXCR4-KO巨噬细胞与MCF7乳腺癌细胞共培养,通过RT-qPCR证实了在MCF7乳腺癌细胞中MAPK和PI3K水平的显著降低,显示了CXCR4对致癌性MAPK信号通路有重要影响(图1)。

 

THP-1细胞系

图1 MCF7乳腺癌细胞中MAPK和PI3K的表达水平[2]

 

接着检测MCF7细胞的迁移能力,发现在THP-1来源的巨噬细胞中敲除CXCR4可降低MCF7乳腺癌细胞的迁移能力(图2)。

 

THP-1细胞系

图2 MCF7细胞的伤口愈合迁移测定[2]

 

参考文献:

[1]Chanput W, Mes JJ, Wichers HJ. THP-1 cell line: an in vitro cell model for immune modulation approach. Int Immunopharmacol. 2014;23(1):37-45. 

[2]Jaramillo-Valverde L, Levano KS, Capristano S, et al. CXCR4 Knockdown Via CRISPR/CAS9 in a Tumor-Associated Macrophage Model Decreases Human Breast Cancer Cell Migration. Cureus. 2021;13(12):e20842. 

 

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