端粒酶基因轉染豬氣管上皮細胞增殖探究

摘要

本研究旨在探討外源性端粒酶基因（hTERT）轉染對豬氣管上皮細胞（STECs）增殖特性的影響。通過脂質體法將重組質粒pCI-neo-hTERT導入STECs，轉染后的細胞表現出增高的增殖活性，并保持基本的細胞生物學特征，為建立穩定傳代的細胞系提供了可能。

引言

哺乳動物的氣管黏膜上皮細胞（Trachea epithelium cells, TECs）不僅是多種病原體的靶細胞，也是阻擋病原入侵的重要屏障。豬氣管上皮細胞（Swine trachea epithelium cells, STECs）作為研究豬呼吸道疾病發病機制的重要模型，其體外培養技術的建立具有重要意義。然而，原代培養的STECs存在壽命短暫的局限性，限制了其廣泛應用。端粒酶是一種能夠維持端粒長度的核糖核蛋白復合物，通過激活端粒酶，可以延長細胞在體外培養的壽命，從而實現細胞的永生化。本研究通過轉染外源性端粒酶基因（hTERT）至STECs，探討其對細胞增殖特性的影響，旨在為建立永生化的豬氣管上皮細胞系奠定基礎。

材料與方法

材料

• 細胞：初生仔豬氣管黏膜上皮細胞（STECs）

• 質粒：重組質粒pCI-neo-hTERT

• 試劑：某品牌鏈酶蛋白酶、某品牌脂質體轉染試劑、某品牌G418抗生素、某品牌RNA提取試劑、某品牌PCR擴增試劑、某品牌Western blot試劑

• 儀器：倒置顯微鏡、某品牌PCR儀、某品牌電泳儀、某品牌Western blot成像系統、威尼德電穿孔儀

方法

1. STECs的分離與培養：無菌采取初生仔豬氣管，采用鏈酶蛋白酶灌注冷消化法分離得到原代STECs。分離后的細胞在37℃、5% CO2條件下培養，并觀察細胞形態。

2. 細胞鑒定：采用間接免疫熒光法鑒定8型角蛋白的上皮源性，確認分離得到的細胞為豬氣管上皮細胞。

3. 基因轉染：以脂質體法將重組質粒pCI-neo-hTERT導入STECs。脂質體與質粒的體積比為1:3，轉染48小時后加G418進行抗性篩選1個月，得到抗G418的陽性克隆，繼續擴大培養。

4. 基因表達檢測：采用PCR和Western blot法檢測轉染后STECs中hTERT基因的表達情況。

5. 細胞增殖活性檢測：用MTT法和流式細胞儀分別檢測轉染細胞的活力和增殖周期。

實驗結果

轉染效率與基因表達

通過倒置顯微鏡觀察，轉染后的STECs形態正常，細胞呈單層貼壁，多邊形鋪路石狀生長。PCR擴增得到大小為461 bp的hTERT基因片段，Western blot檢測得到大小為125 ku的特異性條帶，表明hTERT基因在轉染細胞中成功表達。

細胞增殖特性

細胞活力曲線顯示，轉染后的STECs在接種后的第3～5天增殖速度最快。流式細胞儀檢測結果顯示，轉染細胞的細胞核型為2倍體，S期細胞比例達到48.35%，說明轉染后的細胞具有較高的增殖活性。

永生化細胞系的建立

經過長期培養，轉染hTERT基因的STECs成功建立了永生化的細胞系，可傳代至55代以上，且保持了原代細胞的形態及功能特性。永生化細胞系具有正常的細胞增殖周期，比原代細胞生長更為活躍。

討論

端粒酶與細胞永生化

端粒是影響細胞永生化機制的重要因素之一。端粒長度決定了細胞的增殖能力和壽命，足夠長的端粒長度能在染色體末端形成環狀結構，提供保護。當端粒縮短到一定程度時，細胞將逐漸失去增殖能力，導致衰老和死亡。通過激活端粒酶，可以延長染色體末端DNA，確保端粒足夠的長度，從而延長細胞在體外培養的壽命。本研究通過轉染hTERT基因，成功激活了STECs的端粒酶活性，實現了細胞的永生化。

永生化細胞系的應用前景

永生化細胞系具有長期培養、增殖活性高、遺傳性狀穩定等優點，是研究疾病發病機制、藥物篩選和疫苗開發的重要工具。本研究建立的永生化的STECs不僅保持了原代細胞的形態及功能特性，還具有更高的端粒酶活性和增殖活性。該細胞系可用于豬呼吸道病原體的感染研究，為揭示豬呼吸道疾病的發病機制提供新的細胞模型。

實驗策略與創新點

本研究采用脂質體法將重組質粒pCI-neo-hTERT導入STECs，通過優化轉染條件，提高了轉染效率。同時，通過嚴格的抗性篩選和純化步驟，成功建立了永生化的細胞系。該細胞系的建立不僅為豬呼吸道疾病的研究提供了新的細胞模型，也為其他動物細胞永生化的研究提供了借鑒。

研究的創新與應用

創新點

1. 方法創新：本研究采用脂質體法將hTERT基因轉染至STECs，成功實現了細胞的永生化，為豬呼吸道上皮細胞的長期培養提供了新方法。

2. 模型創新：建立的永生化的STECs保持了原代細胞的形態及功能特性，具有更高的增殖活性，為豬呼吸道病原體的感染研究提供了新的細胞模型。

應用前景

1. 疾病研究：永生化的STECs可用于豬呼吸道病原體的感染研究，揭示病原體的致病機制和宿主的防御機制。

2. 藥物篩選：該細胞系可用于藥物篩選，評估藥物對豬呼吸道病原體的抑制作用和細胞毒性。

3. 疫苗開發：永生化的STECs可作為疫苗開發的細胞基質，用于生產高效、安全的疫苗。