在生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，細(xì)胞身份的準(zhǔn)確性直接影響到實(shí)驗(yàn)的可靠性和結(jié)果的可信度。細(xì)胞STR（Short Tandem Repeats，短串聯(lián)重復(fù)序列）鑒定作為一種高精度的細(xì)胞鑒定技術(shù)，已經(jīng)成為公認(rèn)的細(xì)胞身份鑒定“金標(biāo)準(zhǔn)”。無論是細(xì)胞庫入庫時的初次鑒定，還是細(xì)胞長期培養(yǎng)過程中的持續(xù)監(jiān)控，STR鑒定都發(fā)揮著不可或缺的作用。
那么，細(xì)胞在培養(yǎng)過程中，我們是否需要定期進(jìn)行STR鑒定？如何確保鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性？本期細(xì)胞學(xué)堂將帶您深入了解細(xì)胞STR鑒定的必要性及其科學(xué)依據(jù)，助您細(xì)胞培養(yǎng)無憂。
STR鑒定的首要步驟是明確檢測的目標(biāo)和需求，通常有以下幾種情況：
如果需要確認(rèn)細(xì)胞的身份，建議通過STR鑒定與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行盲匹配，匹配結(jié)果能夠幫助確認(rèn)細(xì)胞的真實(shí)身份。在選擇數(shù)據(jù)庫時，需要確保包含目標(biāo)細(xì)胞的所有STR位點(diǎn)信息，否則可能導(dǎo)致匹配結(jié)果不準(zhǔn)確或錯誤。
對于長期培養(yǎng)的細(xì)胞，定期進(jìn)行STR鑒定有助于監(jiān)控細(xì)胞身份的穩(wěn)定性。如果已有早期的STR鑒定報告，可以將當(dāng)前報告與之進(jìn)行對比，觀察位點(diǎn)信息是否發(fā)生變化。例如，若當(dāng)前報告中出現(xiàn)新的峰值，這可能意味著發(fā)生了染色體突變，或者是細(xì)胞培養(yǎng)中出現(xiàn)少量其他細(xì)胞污染。若懷疑是后者導(dǎo)致的，建議細(xì)胞傳3-5后重新進(jìn)行STR檢測，以進(jìn)一步確認(rèn)結(jié)果。
對于原代細(xì)胞或自建細(xì)胞系，進(jìn)行STR鑒定的主要目的是確保細(xì)胞在建系過程中未被其他已知細(xì)胞系污染。同時，STR鑒定也有助于建立第一手的參考數(shù)據(jù)，為后續(xù)使用提供參考標(biāo)準(zhǔn)[1]。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)，利用STR鑒定來判斷種屬內(nèi)細(xì)胞的交叉污染，其靈敏度約為10%。也就是說，如果污染比例低于10%，通常STR鑒定結(jié)果中不會出現(xiàn)明顯的峰值變化（如圖1所示），或者即使有變化，峰值也較低，可能會被數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)自動過濾掉。因此，當(dāng)通過STR鑒定發(fā)現(xiàn)細(xì)胞存在交叉污染時，說明污染比例已經(jīng)相對較高。不過，單次檢測結(jié)果僅能揭示當(dāng)前的交叉污染情況，無法完全排除細(xì)胞未來可能存在的潛在污染風(fēng)險。
為了避免因STR鑒定的靈敏度問題而導(dǎo)致少量污染未能被及時檢測出來，建議細(xì)胞庫的STR鑒定頻率定為每3-6個月一次。因?yàn)槿绻麄鞔?xì)胞存在交叉污染，兩種細(xì)胞的比例通常不會保持不變，具有生長優(yōu)勢的細(xì)胞會逐漸淘汰另一種細(xì)胞，這一過程與細(xì)胞的增殖速度密切相關(guān)。一般而言，在細(xì)胞傳代5至10代后，細(xì)胞間的差異會變得顯著，屆時可以通過STR鑒定有效檢測出這種變化，確保污染的及時發(fā)現(xiàn)與處理。
小鼠細(xì)胞STR鑒定標(biāo)準(zhǔn)
對于小鼠細(xì)胞的STR鑒定，目前有9位點(diǎn)和18位點(diǎn)兩種方法：
包括4-2、5-5、6-4、6-7、9-2、12-1、15-3、18-3、X-1。
包括1-1、1-2、2-1、3-2、4-2、5-5、6-4、6-7、7-1、8-1、11-2、12-1、13-1、15-3、17-2、18-3、19-2、X-1。
2023年NIH在《Assay Guidance Manual》中公布了《Authentication of Human and Mouse Cell Lines by Short Tandem Repeat (STR) DNA Genotype Analysis》[2]，其中明確將小鼠18位點(diǎn)的STR鑒定的方法作為鑒定小鼠細(xì)胞系的推薦方法。
在人源細(xì)胞STR鑒定中，通常匹配率≥80%，可以認(rèn)定具有相關(guān)性，這是因?yàn)槿嗽醇?xì)胞的遺傳背景更加多樣，即使是具有親緣關(guān)系的兩個個體，其STR鑒定位點(diǎn)也會有顯著的差異。而對于實(shí)驗(yàn)所用小鼠，為了保證其性狀的穩(wěn)定性，很多小鼠都是經(jīng)過篩選得到的近交品系、相同品系或者相關(guān)品系，因此它們的基因型差異相對較小。這可能會出現(xiàn)來自不同個體的細(xì)胞，STR鑒定位點(diǎn)匹配率高于80%。面對這種情況，除STR鑒定結(jié)果外，我們還應(yīng)該通過細(xì)胞的背景信息、生長特性和表型特點(diǎn)等方面進(jìn)一步驗(yàn)證細(xì)胞的身份。
RM-1細(xì)胞和Py230細(xì)胞是C57BL/6小鼠相關(guān)品系來源的兩株細(xì)胞，故兩者STR基因圖譜有部分位點(diǎn)高度相似。又因RM-1細(xì)胞數(shù)據(jù)庫中只有8個位點(diǎn)，從而造成Py230細(xì)胞與RM-1細(xì)胞STR鑒定的匹配度更高。
圖2. Py230細(xì)胞STR鑒定數(shù)據(jù)匹配表
RM-1細(xì)胞和MOC1細(xì)胞是相同的C57BL/6小鼠品系來源，故兩者的STR基因圖譜也高度相似，從而造成RM-1細(xì)胞與MOC1細(xì)胞的匹配度也在80%以上。
圖3. RM-1細(xì)胞STR鑒定數(shù)據(jù)匹配表
STR鑒定在細(xì)胞身份確認(rèn)、交叉污染檢測以及細(xì)胞系穩(wěn)定性驗(yàn)證方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和可重復(fù)性，除了在細(xì)胞入庫時進(jìn)行首次鑒定外，定期進(jìn)行STR檢測同樣重要，特別是在長期培養(yǎng)或傳代過程中。通過科學(xué)的STR鑒定，能夠有效保證細(xì)胞系的純度和穩(wěn)定性，為高質(zhì)量科研奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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ICLAC, Guide to Human Cell Line Authentication.
Almeida JL, Korch CT. Authentication of Human and Mouse Cell Lines by Short Tandem Repeat (STR) DNA Genotype Analysis. In: Markossian S et al. (editors). Assay Guidance Manual. Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences, 2023. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK144066/
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