HeLa 细胞

自20世纪初以来，几乎所有分子生物学、药理学、病毒学和遗传学领域的科学研究都使用了原代活细胞样本。这些细胞取自活体生物体，并通过各种生化方法进行培养，从而延长其存活能力，即在实验室条件下分裂的能力。上世纪中叶，科学家们获得了海拉细胞（HeLa），这种细胞不会自然死亡。这使得许多研究成为生物学和医学领域的突破性进展。

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永生化的HeLa细胞从何而来？

获取这些“不死”细胞（永生化是指细胞无限分裂的能力）的故事与巴尔的摩市约翰霍普金斯医院的一位31岁的贫困患者有关——她是一位非裔美国妇女，有五个孩子，名叫亨丽埃塔·拉克斯，她患宫颈癌八个月，接受过内照射（近距离放射治疗），于1951年10月4日在这家医院去世。

此前不久，在为海瑞塔治疗宫颈癌时，主治医生、外科医生霍华德·威尔伯·琼斯 (Howard Wilbur Jones) 采集了肿瘤组织样本进行检查，并将其送至医院实验室，当时实验室负责人是生物学学士乔治·奥托·盖伊 (George Otto Gey)。

活检结果让生物学家大吃一惊：组织细胞并没有在规定时间后因凋亡而死亡，而是继续增殖，而且速度惊人。研究人员成功分离出一个特定的结构细胞并对其进行了增殖。由此产生的细胞继续分裂，并在有丝分裂周期结束时停止死亡。

并且在患者（其姓名未透露，但以缩写HeLa加密）死亡后不久，出现了神秘的HeLa细胞培养物。

当人们意识到HeLa细胞（可在人体外获取）不会发生程序性死亡后，各种研究和实验对它们的需求开始增长。这一意外发现的进一步商业化促成了HeLa细胞的批量生产，并销往众多科研中心和实验室。

使用HeLa细胞

1955年，海拉细胞成为第一个被克隆的人类细胞，海拉细胞已被世界各地用于研究癌症的细胞代谢、衰老过程、艾滋病的起因、人乳头瘤病毒和其他病毒感染的特性、辐射和毒性物质的影响、基因图谱、测试新药物、测试化妆品等。

据统计，这些快速生长的细胞培养物已在全球范围内用于7万至8万项医学研究。每年约有20吨HeLa细胞培养物用于科研需求，并且已注册了超过1万项涉及这些细胞的专利。

1954年，美国病毒学家使用HeLa细胞株测试他们研制的脊髓灰质炎疫苗，促进了这种新型实验室生物材料的普及。

几十年来，HeLa细胞培养一直被广泛用作构建复杂生物系统更直观版本的简单模型。克隆永生化细胞系的能力使得对基因相同的细胞进行重复分析成为可能，而这正是生物医学研究的先决条件。

最初，在当时的医学文献中，人们就注意到了这些细胞的“耐力”。事实上，即使在普通的实验室试管中，海拉细胞也不会停止分裂。而且它们的分裂速度非常快，以至于只要实验室技术人员稍有疏忽，海拉细胞就一定会渗透到其他培养物中，悄悄地取代原来的细胞，从而使实验的纯度受到严重质疑。

顺便说一句，1974 年进行的一项研究的结果证实了 HeLa 细胞具有在科学家实验室中“污染”其他细胞系的能力。

HeLa 细胞：研究表明了什么？

HeLa细胞为何会有这样的表现？因为它们并非健康人体组织的正常细胞，而是从癌性肿瘤组织样本中提取的肿瘤细胞，其中含有人类癌细胞持续有丝分裂的病理性变异基因。本质上，它们是恶性细胞的克隆。

2013年，欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员报告称，他们利用光谱核型分析技术对海瑞塔·拉克斯的基因组进行了DNA和RNA测序。当他们将其与HeLa细胞进行比较时，发现HeLa细胞中的基因与正常人类细胞之间存在显著差异……

然而，更早之前，对HeLa细胞的细胞遗传学分析发现这些细胞存在大量染色体畸变和部分基因组杂交。结果表明，HeLa细胞具有超三倍体（3n+）核型，并产生异质性细胞群。此外，超过一半的克隆HeLa细胞被发现存在非整倍性——染色体数量发生变化：从46条变为49条、69条、73条，甚至78条。

事实证明，HeLa 细胞中的多极、多着丝粒或多极有丝分裂与 HeLa 表型的基因组不稳定性、染色体标记的丢失以及其他结构异常的形成有关。这些是细胞分裂过程中的干扰，导致染色体的病理性分离。如果说纺锤体的有丝分裂双极性是健康细胞的特征，那么在癌细胞分裂过程中，会形成更多的极点和分裂纺锤体，并且两个子细胞会获得不同数量的染色体。细胞有丝分裂过程中纺锤体的多极性是癌细胞的特征。

通过研究HeLa细胞的多极有丝分裂，遗传学家得出结论：癌细胞分裂的整个过程在原则上是不正确的：有丝分裂前期较短，纺锤体的形成先于染色体的分裂；中期也开始得更早，染色体没有时间完成位置转移，而是杂乱无章地分布。事实上，着丝粒的数量至少是必要的两倍。

因此，HeLa细胞的核型不稳定，在不同实验室之间差异很大。因此，由于细胞物质遗传特性的丧失，许多研究结果在其他条件下根本无法重现。

科学在以可控方式操控生物过程的能力方面取得了长足进步。最新的例子是，一组来自美国和中国的研究人员利用3D打印机，利用HeLa细胞构建了一个逼真的癌性肿瘤模型。