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WI-38

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体外培养的WI-38细胞（左：高密度时的图像。右：低密度时的图像）

WI-38是一种生物医学领域常用的细胞系，其本质为体外（in vitro）培养的人胚肺成纤维细胞。该细胞系由美国生物学家雷纳德·海弗里克（英语：Leonard Hayflick）于1960年建立。

WI-38细胞为有限细胞系，一般在培养50代左右后会衰老死亡，理论上，WI-38细胞最终会彻底耗尽。但因为海弗里克在1960年代建系时冻存了数百管传代8次的原代培养人胚肺成纤维细胞（即后来的WI-38细胞），因此，WI-38细胞能在相当长一段时间内满足研究者的需求。根据一篇发表于1976年的文章，即使只讨论一半由海弗里克冻存的WI-38细胞，也需要自那时起66年后WI-38细胞才会彻底用尽[1]。

与通常为非整倍体的永生化细胞系（如肿瘤细胞、转化处理后的细胞）不同，WI-38细胞在体外培养时基因组能维持二倍体状态，各方面的性状均与正常细胞接近。加上WI-38细胞的差异较不同的原代培养细胞株之间的差异小，因而WI-38在生命科学领域得到了广泛的应用。WI-38尤其常用于疫苗研制或肿瘤发生机理的研究[2]。但因为WI-38细胞系来自人工流产的，且没有经过胎儿母亲的知情同意，WI-38细胞引起了一定的伦理学争议[3]。

特征

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图A为低传代数（上）及高传代数（下）的WI-38细胞β-半乳糖苷酶活性分析，蓝色越深说明该部位酶活性越强。此图说明高传代数的衰老WI-38细胞β-半乳糖苷酶活性更高。图B为低传代数及高传代数的WI-38Western Blot（西方墨点法）分析结果。可以说明高传代数的衰老WI-38细胞p53、p16蛋白表达明显升高，而SIRT1、HuR基因表达下降（β-肌动蛋白（β-actin）为内参，用于指示各泳道的总蛋白量大致相等）。此图来自伯纳德·S·马拉萨（Bernard S. Marasa）等于2010年发表于开放获取学术期刊《衰老》（Aging (Albany NY)）上的一篇文章[4]

WI-38的本质为体外培养的人胚肺成纤维细胞，通过相差显微镜等可以观察到，体外培养的WI-38细胞的形态成梭形，界限较模糊。细胞核体积较大，呈圆形，可能含有多个核仁[5][6]。与常用的永生化细胞系不同，WI-38为有限细胞系，在体外培养时能维持二倍体状态，各方面特性与正常的体细胞更接近。WI-38细胞在培养的早期，细胞分裂相对较快。但培养到一定代数后（大约在细胞分裂50次左右后），细胞开始整体衰老，分裂会开始减缓，甚至细胞数目不会进一步增加（此现象称为海弗里克极限）。随着细胞进一步衰老，细胞会开始大面积凋亡，直至最后全部死亡。根据端粒酶学说，上述现象是由端粒缩短造成。当细胞分裂到一定次数后，染色体两端的端粒序列已用尽，更内部的编码区域开始被截短，造成细胞衰老死亡[7][8]。但研究者根据需要可以使用射线照射、病毒转化等手段处理WI-38细胞使其永生化。永生化后的WI-38能够无限生长分裂，但同时染色体组等性状也会发生变化[9][10][11]。

研究表明，WI-38细胞为终末分化的细胞，不再具有任何分化潜能[5]。

培养方法

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研究人员可以从ATCC（美国典型培养物保藏中心）等机构购入WI-38细胞。在收到冻存的WI-38细胞后，对其进行复苏。体外培养WI-38细胞使用加有10%胎牛血清（FBS）的DMEM或EMEM等最小限度培养基培养即可。平时，WI-38应放在含有5%二氧化碳的37摄氏度无菌培养箱中。另外，可以根据需要，向培养基中加入1%青霉素-链霉素以减少细菌污染风险。WI-38传代时，使用0.25%胰酶消化细胞，处理后再以1:2-1:4的比例将细胞转入新的培养皿中。如需冻存WI-38细胞，应使用95%培养基+5%DMSO配成的冻存液悬浮细胞后放入液氮中储存[12][13][14]。

应用

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相较经过恶性转化或本身就是肿瘤细胞的永生细胞系，WI-38更接近于正常状态下的人体细胞。因此，WI-38细胞系在疫苗研发及肿瘤生物学研究中占有重要的地位。

疫苗研发

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WI-38在体外培养时性状与正常体细胞接近，且能保持二倍体染色体组，适合作培养致病病毒的宿主，因此受到了疫苗研发者的欢迎。WI-38细胞十分作为致病病毒培养的宿主[15]。实际上，在1960年代，海弗里克建立WI-38细胞系的初衷正是为了方便疫苗的研发[16]。

在1970年代，供职于威斯塔研究所（Wistar Institution）的斯坦利·普洛特金（Stanley Plotkin）通过在30摄氏度条件下于WI-38细胞中培养风疹病毒（英语：rubella），成功制得了低副作用的减毒风疹疫苗。该疫苗直到今天还是美国唯一采用的风疹疫苗[17]。此外，脊髓灰质炎病毒等疫苗也是通过WI-38细胞制得[18]。统计表明，WI-38细胞极大促进了疫苗产业的发展，已带给疫苗产业超过10亿美金的收益[16][19]。

肿瘤生物学研究

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在肿瘤生物学研究中，WI-38可以作为代表正常细胞的实验组或对照组。比如，研究者可以用WI-38作对照组研究抗癌药物/疗法对正常细胞有无杀伤作用等，亦可以用WI-38作为模型确认某种方法是否能有效减轻接受某一抗癌疗法的副作用[20][21]。另外，肿瘤生物学研究者亦可以用WI-38研究致癌因子的作用。比如，研究者如果想确认某一病毒对肿瘤的形成是否有促进作用，可以在体外用此病毒感染WI-38细胞，再观察接受过此种处理的WI-38发生恶性转化的几率是否提高[22]。

历史

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1962年，一位妇女在瑞典一家医院实行了合法的堕胎手术。随后，胎儿的尸体被装入了冰盒中，送到了当时在美国宾夕法尼亚州威斯塔研究所供职的雷纳德·海弗里克雷纳德·海弗里克（英语：Leonard Hayflick）处。海弗里克在此前已经利用宾州本地的人工流产胎儿建立了名为WI-1到WI-25的25个胚胎成纤维细胞系[13][23]。值得注意的是，当时堕胎在宾州原则上是非法的[23]。海弗里克利用这25个细胞系发现了海弗里克极限[8]，为后来获得诺贝尔生理医学奖的端粒酶研究打下了基础[24]。但这次，海弗里克决定用得到的胚胎建立一个能用于疫苗研发的稳定细胞系。在将该胚胎的肺成纤维进行原代培养，并传代到第8代后，海弗里克雇佣了大量的技术人员，在短时间内将这些细胞移入数百个安瓿瓶冻存，成为WI-38细胞系的基础。随后，海弗里克得知自己用来制作WI-38细胞系的胎儿家系无遗传病和癌症——这表明WI-38细胞系适合用于疫苗的研发。1968年，海弗里克从威斯塔研究所辞职，前往加州的斯坦福大学医学微生物系任教授。这也引发了至今悬而未决的WI-38细胞归属权问题。当时，就WI-38细胞的归属权问题爆发了矛盾。后来，经过美国国立卫生研究院（NIH）的调停，海弗里克与威斯塔研究所可以各得10个安瓿瓶的WI-38细胞，其余WI-38细胞则全归ATCC（美国典型培养物保藏中心）所有。海弗里克虽然接受了该协议，但他本人对此并不满意[16][23]。

在斯坦福大学任职期间，海弗里克向每位找他索取WI-38细胞的研究者索取15美金的费用——这和ATCC收取的运费相等。这引起了NIH的不满[16]。NIH随后发起了对海弗里克的调查。最后，调查小组认定海弗里克对索要WI-38细胞的研究者收费是“侵吞美国国家财产”。另外，小组还指出，他的一些WI-38细胞已经被细菌污染[1]。1976年，海弗里克从斯坦福大学辞职。在此前一年，NIH的工作人员在他外出开会期间没收了他实验室剩下的WI-38细胞。随后，海弗里克找到了一份新工作，获得了NIH的基金并拿回了一小部分WI-38细胞[16][25]。

伦理学争议

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WI-38细胞的来源为人工流产后的人胚胎，更具体地说是取自这些胚胎的肺部成纤维细胞[3]。上述事实引起了伦理学上的争议，而且这种争议直到今天仍然存在[23]。反堕胎活动人士一直反对WI-38细胞的应用。部分社会活动人士拒绝使用利用WI-38研发的疫苗等产品[16]。社会活动人士黛比·温内奇（Debi Vinnedge）表示，研发疫苗完全可以用那些不存在伦理学争议的细胞系进行，但研发者却仍然一直使用WI-38细胞系[16]。那位1962年实行了堕胎手术的瑞典女性（她并不愿意公开自己的姓名）在接受专访时表示，她对自己人工流产后的胎儿在未经允许的情况下被用于研究感到十分愤怒[3]。但一位科学家在接受自然杂志专访时表示，WI-38细胞确实拯救了数百万人的生命。WI-38细胞系的建立者雷纳德·海弗里克在一篇与S.J.奥利尚斯基（S. J. Olshansky）合著的文章中表示，WI-38细胞促成了许多疫苗的问世，减少了这些疾病的患病率，拯救了无数人的生命[19]。

参见

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参考

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  1. ^ 1.0 1.1 Nicholas Wade. Hayflick's Tragedy: The Rise and Fall of a Human Cell Line. Science:New Series, Vol. 192, No. 4235 (Apr. 9, 1976), pp. 125-127. doi:10.1126/science.192.4235.125.  参数|journal=与模板{{cite web}}不匹配（建议改用{{cite journal}}或|website=） (帮助)
  2. ^ Ahmed, EK; Picot, CR; Bulteau, AL; Friguet, B. Protein oxidative modifications and replicative senescence of WI-38 human embryonic fibroblasts.. Annals of the New York Academy of Sciences. November 2007, 1119: 88–96. PMID 18056958. doi:10.1196/annals.1404.020. 
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  5. ^ 5.0 5.1 Eckhard Alt; et al. Fibroblasts share mesenchymal phenotypes with stem cells, but lack their differentiation and colony-forming potential. Biol. Cell (2011) 103, 197-208.  参数|journal=与模板{{cite web}}不匹配（建议改用{{cite journal}}或|website=） (帮助);
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外部链接

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