本文从科研技术角度系统梳理稳定报告细胞系的基本原理、常用宿主(HEK293、CHO)、基因递送与筛选术语(lentivirus、puromycin、hygromycin B、Geneticin (G418 HEK293 与 CHO 宿主在报告体系中的适配性宿主细胞背景是决定报告系统行为的重要因素。HEK293 与 CHO 是当前最常用的两类哺乳动物宿主,在稳定报告细胞系构建中各具代表性。 CHO 细胞则以培养适应性和长期稳定性见长,在报告体系中常用于强调群体稳定性、长期实验一致性或与分泌通路相关的信号读出。 6. 总结稳定报告基因细胞系是一种将信号通路活动转化为长期、可重复实验读出的细胞工程工具。 HEK293 与 CHO 宿主背景、lentivirus 等递送框架、抗性筛选策略以及多克隆与单克隆形态,共同决定了报告系统的行为特征。
尤其是重组蛋白表达系统中,CHO细胞系(ChineseHamsterOvary)与HEK293细胞系(HumanEmbryonicKidney293)成为科研及功能试剂生产的两大主流平台。 CHO和HEK293细胞系均可在无血清悬浮培养条件下生长,使得大批量、无动物血清背景的蛋白表达成为可能,从而减少干扰因素并提升试剂质量和一致性。 CHO细胞系:稳定表达的科研主力CHO细胞系是重组蛋白科研试剂生产中最常用的哺乳动物宿主细胞之一。CHO细胞适应性强,可在不同培养条件下维持长期稳定生长,这使其在建立稳定表达细胞株时表现出明显优势。 技术上,CHO细胞系支持大规模悬浮培养和高细胞密度扩增,配合高效转染方法,可为科研用途提供毫克至克级别的蛋白产量,同时维持一致的翻译后修饰谱。 HEK293细胞系:快速表达与人源化修饰的优势相比之下,HEK293细胞系是源自人胚肾组织的宿主细胞,其高水平的瞬时转染效率和较短的表达周期使其在科研快速验证阶段非常受欢迎。
本文从科研技术角度系统梳理稳定敲低细胞系的核心概念、常用宿主(HEK293、CHO)、RNAi 与 CRISPRi 的基本逻辑、基因递送与筛选术语(lentivirus、puromycin、hygromycin 稳定基因敲低细胞系的基本概念稳定基因敲低细胞系是一类通过稳定引入基因抑制元件,使目标基因在长期培养和多代传代过程中维持低表达状态的工程化细胞模型。 HEK293 与 CHO 宿主在敲低体系中的适配性宿主细胞背景直接影响敲低体系的稳定性与可解释性。 CHO 细胞则以培养稳定性和长期一致性见长,适用于需要跨传代、跨批次比较的实验设计。在敲低模型中,CHO 常被用于强调群体稳态抑制与长期表型观察。 6. 敲低效率与稳态确认的多维验证稳定敲低并非单一数值指标,而是一组需要被界定的稳态属性。转录层面,qPCR 用于量化目标基因 mRNA 的相对降低程度,并评估其在不同传代中的一致性。
本文从细胞工程视角系统阐述稳定细胞系的核心概念,与瞬时转染模型的本质差异,不同类型稳定细胞系(表达、报告、敲低、敲入、敲除)背后的共性工程逻辑,以及 HEK293、CHO 等常见宿主背景与 qPCR、Western 稳定细胞系的基本概念稳定细胞系是指通过遗传层面的稳定修饰,使特定基因状态或调控元件在哺乳动物细胞中长期存在并持续发挥作用的工程化模型。 宿主细胞背景的工程语境:HEK293 与 CHOHEK293 与 CHO 是稳定细胞系中最常见的宿主背景,但其应用逻辑并不相同。 CHO 细胞则以长期培养稳定性和一致性著称,更适合需要跨传代比较或长期实验设计的稳定模型。宿主细胞的选择并不存在通用最优解,而取决于稳定修饰后的表型是否能够在目标背景中被持续、清晰地观察。5. 6. 总结稳定细胞系是一种以长期一致性与可重复性为核心的细胞工程体系。通过将遗传修饰转化为细胞的稳定属性,研究者能够显著降低系统波动,将实验关注点集中于生物学问题本身。
宿主细胞与表达系统 使用最多的宿主细胞包括CHO细胞系构建和HEK293稳定表达系统,两者均为哺乳动物细胞,具备良好的蛋白折叠和人源化糖基化能力,广泛应用于定制细胞系和转染稳定细胞株开发。 CHO细胞以其高表达能力和适合工业规模放大生产的特点,是高表达细胞株构建的首选。 HEK293细胞适合快速构建和功能验证,通常用于科研阶段的蛋白表达。 3. 稳定细胞系构建服务集成了细胞系构建、稳定表达细胞株筛选、基因整合细胞系技术、定制细胞系开发及表达优化等多项技术。 A:稳定细胞系构建是指将目标基因整合到宿主细胞基因组中,实现持续稳定表达目标蛋白的过程。 Q2:CHO细胞和HEK293细胞哪个更适合稳定表达? A:CHO细胞适合工业化高表达生产,HEK293细胞适合快速研究验证和小规模表达。 Q3:如何筛选高表达的单克隆细胞株?
哺乳动物细胞表达系统:CHO和HEK293哺乳动物细胞是表达抗体蛋白的常用细胞系,因为它们能做出符合人体的蛋白修饰。CHO表达系统已经被大量应用于抗体生产,主要因为它表达稳定,适合规模化制造。 不同细胞系有各自的特点和适用场景,选择合适的哺乳动物细胞表达平台对后续的抗体质量和产量都有重要影响。瞬时转染技术的优势瞬时转染是快速表达重组抗体的常用方法。 抗体表达平台依托CHO和HEK293等哺乳动物细胞表达系统,结合瞬时转染和稳定细胞株构建技术,可以满足从抗体快速表达到大规模生产的不同需求。 Q1: 抗体表达平台中CHO表达系统和HEK293表达系统的主要区别是什么? 通过优化表达载体和细胞系,确保双抗正确组装和功能实现。Q5: 抗体纯化过程中常用的方法有哪些?A: 主要包括Protein A/G亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析。
常用的宿主细胞包括 HEK293 细胞系列(如 293T、293F)和 CHO 细胞系列(如 CHO-S、DG44 等),这些细胞兼具人源化的蛋白翻译后修饰能力与规模化培养潜力。 CHO 系列细胞蛋白表达系统:多种亚型可供选择,适合大规模生产,安全性高,蛋白翻译后修饰质量较好。2. 例如,CMV 启动子与 EF-1α 启动子的组合,在多种细胞系中都表现出更高的转录活性。 研究者对不同信号肽进行比较,发现一些优化信号肽能够在 CHO 和 HEK293 系统中显著提高分泌蛋白的水平。 细胞系工程改造利用 CRISPR/Cas9 工具敲除凋亡相关基因(如 Apaf1),可显著提高 CHO 细胞在转染后的存活率与表达量。
相较于瞬时转染,稳定过表达细胞系具有表达稳定性高、细胞群体均质性好、实验结果可重复性强等技术优势,已成为基因功能研究、信号通路解析和药物靶点验证等领域的标准化研究工具。 第二阶段:细胞转染与筛选选取适宜宿主细胞(如HEK293、CHO或特定细胞系),采用脂质体转染、电穿孔或慢病毒转导等方法导入表达载体。转染48-72小时后,添加相应抗生素进行筛选。 获得单克隆后,需在24孔板、6孔板及培养皿中逐步扩增。第四阶段:表达水平鉴定通过qRT-PCR检测mRNA表达水平,Western blot分析蛋白表达。 第五阶段:稳定性评估将候选细胞系在不含筛选压力的培养基中连续传代15-30代,定期检测目标基因表达水平。表达下降不超过30%的细胞系可视为稳定表达株。 :CHO细胞适合复杂蛋白的正确折叠和修饰研究背景相关性:选择与研究领域匹配的细胞模型表达水平优化策略:启动子优化:不同细胞系对启动子响应存在差异基因密码子优化:提高翻译效率表达框架优化:5'-UTR和3
背景数据收集 如果要对一个未知的细胞系进行认证的话。优先的就是需要收集已知的细胞系表达数据。利用这些数据当作一个背景数据集。 数据预测 模型构建好之后,就可以进行细胞系预测了。细胞系预测的数据使用的是细胞系的表达谱芯片或者是二代测序的表达数据。我们需要提交相关的表达数据。 通过三步我们就能够预测细胞系种类了。 ? ? 其中预测的细胞系选择当中,我们可以选择类似CCLE这样900多个细胞系来一起预测。同时也可以选择单一的细胞系来进行预测。 ? ? 其次,对于每一个样本的信息也会有一个详细的结果,包括前五的可能的细胞系这样的话,如果我们的细胞系最可能的不是目标细胞系,在这里可以看看前五的有没有。毕竟结果还是有偏差的。 ? 关于数据库的时候,由于需要提供这个细胞系的表达谱的数据,所以相对来说还是有一定的门槛的。不过随着测序价格的降低,基本上应该都会有自己细胞系的测序结果的吧。
一、稳定细胞系的基本原理稳定细胞系的核心是基因的基因组整合:基因组整合目标基因通过各种方法插入宿主细胞的染色体中,而不是停留在细胞质内(如瞬时转染)。 二、稳定细胞系构建的流程稳定细胞系的开发一般包括以下几个核心环节:1. 设计与载体构建目标基因优化:提高翻译效率,添加信号肽和标签。 宿主细胞匹配:根据蛋白特性选择 CHO、HEK293 或其他专用细胞系。2. 克隆表征与稳定性验证表达量测定:ELISA、Western blot 或荧光定量长期传代测试:在无选择压力下持续多代传代,观察表达水平变化功能验证:确保蛋白结构正确、功能活性保持6. 通过标准化的流程和严谨的技术控制,稳定细胞系能够为研究和产业化提供可靠、可重复、长期稳定的蛋白生产平台。
常见的表达系统包括细菌、酵母、哺乳动物细胞等,其中,哺乳动物细胞系统,如CHO表达系统和HEK293细胞,因其能够正确折叠蛋白并进行翻译后修饰,已成为重组抗体生产的首选平台。 例如,在CHO表达系统中,细胞培养的条件、培养基成分及温度等因素都会对抗体的表达和活性产生重要影响。因此,优化这些条件可以有效提高抗体的产量和纯度。 A: 常见的重组抗体表达系统包括CHO细胞、HEK293细胞、昆虫细胞和大肠杆菌系统。其中,CHO细胞系统常用于大规模生产,具有良好的蛋白折叠和翻译后修饰能力。Q2: 如何选择合适的抗体表达平台? CHO细胞系统适合大规模生产和复杂的翻译后修饰,而HEK293细胞适合小规模和短期需求。Q3: 什么是Protein A纯化法,它的优势是什么?
CHO细胞表达系统:CHO(Chinese Hamster Ovary)细胞系统是目前应用最广泛的哺乳动物细胞表达系统。 通过优化CHO细胞的培养条件,如适宜的培养基、培养环境和表达载体,可以显著提高抗体的产量。CHO系统不仅能够高效表达复杂的抗体分子,还能够通过基因工程提高抗体的质量和稳定性,从而加快生产速度。 诱导多能干细胞(iPSCs)技术:通过诱导多能干细胞技术,可以生成具有特定免疫反应的细胞系,这些细胞能够快速产生目标抗体。 胚胎干细胞技术:通过利用胚胎干细胞技术,研究人员能够创建高效的细胞系,用于快速生产单克隆抗体。此类细胞系具有极强的增殖能力和稳定的生产特性,使得抗体制备过程更加快速和稳定。
Genomics 第 2 版制备的样本在 Illumina NextSeq 500 上进行测序来自八名狼疮患者的 PBMC 样本被分成两个等分试样一份 PBMC 被 100 U/mL 重组 IFN-β 激活 6 6 小时后,将每种条件的 8 个样品汇集到两个池中。分别鉴定了 12,138 和 12,167 个细胞,用于对照和刺激的合并样本。
CHO体系:提供接近哺乳动物细胞的翻译环境,支持糖基化等翻译后修饰。PURE体系:由纯化的蛋白质和rRNA等组分组装而成,成分高度可控,适合机制研究和合成生物学。 相比传统表达方式,无细胞系统更开放、更可控,更易实现自动化与高通量组合实验,是推动合成生物学与生物制造革新的关键工具之一。常见问题 FAQQ1:无细胞蛋白表达与传统细胞表达有什么不同? A: 使用来源于哺乳动物、昆虫或植物细胞的裂解液(如CHO、小麦胚芽体系)可高效表达真核蛋白,部分体系还能进行糖基化等翻译后修饰。Q4:无细胞平台能否表达膜蛋白或毒性蛋白? Q6:是否支持mRNA直接翻译?A: 部分无细胞体系支持mRNA模板翻译,常用于疫苗研发、体外合成研究等领域。Q7:一个无细胞表达反应一般多长时间? A: 最快4–6小时内即可完成整个流程,大幅缩短实验周期。
图c,d:作者使用包含四个siRNA的SMARTpool siRNA进行基因沉默,此处对6个基因的siRNA结果进行了去卷积验证,确定单个siRNA对靶基因的沉默效率,排除SMARTpool siRNA 的脱靶效应,并且比较了SMARTpool(p)siRNA和单个siRNA(1,2,3,4)的细胞增殖结果,针对6个候选基因SMARTpool siRNA进行优化,优化后的增殖结果同样显示出显著的抑制增殖功能 图e展示6个基因在三个细胞系中的CNA,+表示拷贝数增加,/表示无CNA,-表示拷贝数丢失,比较图d,e三个细胞系的结果可以看到沉默对细胞增殖的抑制作用与细胞系中的CNA状态一致。 ? 图三:验证候选驱动基因在TNBC细胞中具有CNG和过表达 3.TNBC中ASAP1的频繁扩增与不良预后相关 图a:使用52个BC细胞系的RNA-Seq数据分析6个基因在TNBC和non_TNBC细胞系中的表达水平 图b:使用cBioPortal中的1904例BC患者样本的mRNA数据分析6个基因的表达水平,结果显示MYC, EGFR, ASAP1,IRF2BP2在TNBC样本中显著高表达,CCT5低表达。
技术概述与基本原理基因过表达细胞系是通过分子克隆技术将外源基因导入宿主细胞,并实现稳定遗传和持续表达的工程化细胞系统。 宿主细胞选择与准备细胞系选择标准常用的宿主细胞系包括HEK293、CHO、HeLa等,选择依据包括:细胞的转染效率、增殖速率、蛋白加工能力及实验目的特异性要求。 HEK293细胞因其高转染效率和快速增殖特性而广泛应用于基础研究;CHO细胞则因其完善的蛋白修饰系统和良好的悬浮培养特性,常用于重组蛋白生产。 表达水平下降不超过30%的细胞系可认为具有足够的稳定性。长期保存前需进行冻存复苏测试,评估细胞复苏后的表达保持能力。 质量控制与技术优化质量评估指标建立完整的细胞系鉴定档案,包括:细胞形态照片、生长曲线数据、目标基因表达谱、支原体检测报告等。定期进行STR分型分析,确保细胞系身份正确。
例如,RANKL(TNFSF11)在RAW 264.7小鼠巨噬细胞系中,以浓度依赖性方式诱导破骨细胞分化[2]。 RANKL可与BMP-2(重组BMP-2蛋白)协同调控成骨-破骨平衡,在小鼠成骨细胞系MC3T3-E1和破骨前体细胞系RAW264.7的研究中证实了这一点[5]。 此外,IL-19(白介素19)可通过抑制RANKL诱导的NF-κB和p38MAPK活化,阻断RAW264.7细胞的破骨分化[6]。 Scientific reports 2023, 13 (1), 15644.[2] Ding, M.; Chen, Z.; Cho, E.; et al. Journal of dental sciences 2024, 19 (4), 2236-2246.[6] Tsubaki, M.; Takeda, T.; Matsuda, T.; et al.
HEK293蛋白表达系统和CHO细胞表达系统是目前最常用的两大平台,分别适用于不同规模的生产需求。1. 载体构建常用的哺乳表达载体包含CMV或EF-1α等强启动子,能有效驱动蛋白表达。 为方便后续的纯化操作,通常会再添加6xHis、FLAG等亲和标签。如果需要分泌表达,还要加入合适的信号肽序列,如Igκ轻链信号肽就是常用的选择。2. 细胞培养HEK293和CHO细胞是最常用的宿主细胞,培养时可采用含血清培养基或无血清培养基。培养方式主要有贴壁培养和悬浮培养两种,其中悬浮培养更适用于工业放大生产。3. 6. 蛋白纯化纯化方法可根据前期设计的标签进行选择,His标签蛋白常用镍柱亲和纯化,抗体则多用Protein A/G纯化。为进一步提高纯度,可增加离子交换层析或分子筛层析等步骤。7. Q2:HEK293和CHO细胞系应该如何选择?A:选择主要取决于实验目的。HEK293细胞转染效率高,适合快速小规模表达;CHO细胞则更适合需要长期稳定表达和大规模生产。
哺乳动物细胞表达系统 —— CHO、HEK哺乳动物细胞系统被认为是重组蛋白生产的“黄金标准”。 CHO(中国仓鼠卵巢细胞)和 HEK293(人胚肾细胞)是最常用的宿主,分别在工业和科研中占据主导地位。 CHO 细胞因其遗传稳定性和工艺成熟度,已成为生物制药行业生产抗体和复杂蛋白的主力平台;而 HEK293 系统则以转染效率高和产量稳定而受到基础研究与中试开发的青睐。 系统选择整体考量结构简单、不需复杂修饰 的蛋白,大肠杆菌首选;基础真核修饰的蛋白,如酵母是成本效益较好的中间方案;复杂折叠、膜蛋白或结构需求,昆虫细胞系统更具优势;临床级药物蛋白,哺乳体细胞系统无可替代 ;强调快速原型验证,无细胞系统提供最高灵活性。
上述效应已在人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和小鼠乳腺癌细胞系EO771中得到验证[2]。 在动物实验中,C57BL/6J小鼠经BAM15干预后表现出显著的体重控制效果,同时伴随糖代谢改善和肝脏脂肪沉积减少[4]。 L.; Cho, E.; et al.