科学家指出被污染细胞系使生物医学遭受严重损失

很多被广泛研究的细胞系继续被Korch 背后的海拉癌细胞淹没。图片来源：JOANNA B PINNEO

“我称自己为校正器。”美国科罗拉多大学遗传学家Christopher Korch说。他急切想校正的是已困扰生物医学研究半个多世纪的问题——实验室细胞培养遭到污染。在过去的15年间，Korch宣称78个被广泛使用的细胞系最终经证实长满了其他细胞。甲状腺细胞系实际上由黑色素瘤细胞组成，前列腺组织被膀胱癌取代，而正常的子宫培养细胞被证明只是乳腺癌。这些都使人对不计其数的基础生物学和疾病研究产生了疑问。

在一年紧锣密鼓的数据收集和分析后，Korch相信自己第一次开始量化被污染细胞系对科学事业造成的损失。“我们正在检查上万篇已发表的论文、几百万个期刊引文以及潜在的数十亿美元研究经费。”

一些看过Korch所撰白皮书初稿的科学家被其打动，开始推动变革。“对于Korch博士的分析，令我印象深刻的是（实验室细胞培养被污染）问题比我预测的更加普遍。”华盛顿大学微生物学家Ferric Fang表示。

Fang是《感染与免疫》杂志的编辑。他说，自己将把Korch的成果呈现给发行13种期刊的美国微生物学会的领导层。不过，Fang提醒道：“并非所有使用被错误辨认的细胞系的研究都一定意味着努力的浪费。”一些研究可能仍会获得有用信息。

而Korch说，他的目标是“让大家明白该问题造成的巨大影响，引起科学家、资助机构、期刊和高校的注意”。

约有20%细胞系已被污染

Korch在瑞典、法国、挪威和美国开展了几十年稳定但平凡的遗传学研究后，于1995年来到科罗拉多州奥罗拉市。很快，Korch便被要求管理科罗拉多大学的基因测序设备，并在分析细胞系以决定其真实的基因身份方面成为全球领先的专家之一。

现年70岁的Korch利用一种被称为短串联重复分析的标准方法研究特定基因序列。该技术一直被美国联邦调查局和其他执法机构长期使用，旨在从犯罪现场留下的血液和其他组织中鉴别基因。同时，它还被用于区分来自不同个体的细胞系。

“Christopher绝对是《犯罪现场调查》中的科学英雄。”科罗拉多大学癌症中心的创立者Paul Bunn说。作为测序中心主任，Bunn表示：“Christopher在追求自己着迷的事业方面是完全自由的，没有任何阻拦。”

细胞系被认为保留了原始组织的特性，并且作为一种生理学的活试管，用于研究基础生物学和生物医学领域最重要的问题，比如癌症和正常组织是如何对药物作出反应的。不过，细胞系的永生性既是它的巨大优势，也是其最显着的弱点。这种特性能使实验一次又一次被重复以确认某项发现。然而，随着这些相同的细胞系在几十年里通过不同的人和实验室传递，它们会被其他细胞污染。闯入者的生长速度会超过原始细胞，并最终完全替代正宗的实验室培养细胞。基于自己和其他调查者的研究，Korch估计约有20%的细胞系已被污染。

研究人员大多无视或否认这个问题。上世纪70年代，生物学家Walter Nelson-Rees竭尽全力“曝光”了冒充的细胞系，并且力推开展正常的鉴定。然而，他的努力遭到诸多中伤，最终迫使他完全告别科学界。之后，细胞生物学家Roland Nardone担当起斗争的重任，强烈谴责期刊和资助机构没有要求检验细胞系以验证其身份的做法。不过，他也几乎没有取得任何进展。

量化损失

如今，Korch加入了这场争论。2012年，他参加了一个由20位科学家组成、旨在清理细胞系相关文献的全球志愿者组织——国际细胞系鉴定委员会（ICLAC）。ICLAC由澳大利亚细胞生物学家Amanda Capes-Davis担任主席，其成员通过电话会议碰面，并且发表关于细胞培养实践的文章，以将污染风险最小化。同时，他们在PubMed Commons网站为冒充的细胞系添加注释。这是一个允许科学家在任何一条被美国国立医学图书馆数据库（PubMed）收录的摘要下方添加评论的在线工具。ICLAC成员还向试图为细胞系“验明正身”的期刊和科学家提供帮助。

自2013年起，Korch还开始量化来自被错误辨认的细胞系的损失。他的第一个案例研究是HEp-2和INT 407。前者被认为源于1955年的一个喉鳞状细胞癌样本，后者则在1957年从两个月胚胎的空肠和回肠培养而来。1967年，遗传学家Stanley Gartler发现这两种细胞系都是生物学领域研究最多的肿瘤细胞系——海拉细胞。当它们第一次被培养出来时，就已经污染并且替代了原始细胞。不过，HEp-2一直被广泛用于研究喉癌，而INT 407被普遍用作正常肠道细胞的模型。

在将实验室时间缩短到一周两天后，明年大多数时候Korch将在家中度过，收集并量化堆积如山的数据，以估量上述两个被污染细胞系在科学文献中留下的“足迹”。他发现，每个细胞系都拥有多个别名。一旦掌握了它们所有的迭代，Korch便在PubMed、谷歌学术以及很多来自诸如美国微生物学会、爱思唯尔等出版商的期刊数据库中寻找。他发现，HEp-2打着喉癌的伪装旗号，已在5700多篇已发表的论文中使用。INT 407则以正常肠道细胞的欺骗身份被用于1300多篇已发表的论文。

不过，Fang争论说，在一些情况下身份被误认并不会有损于研究成果。“第一篇描述沙门氏菌如何侵入宿主细胞的论文就是利用INT 407细胞产生的。”Fang表示，INT 407被认为是细菌所攻击的肠道细胞的理想模型。“这是沙门氏菌领域最重要的论文之一，已被引用了600多次。”尽管它们属于海拉细胞，而不是肠道细胞，Fang看不出任何质疑上述论文结果的理由。

唤醒科学界

在其他案例中，细胞的身份至关重要。去年10月，《当代微生物学》杂志发表了一项使另一种食源性病原体——李斯特菌入侵细胞的基因研究。该研究比较了李斯特菌如何入侵3种明显不同的细胞系：INT 407、HEp-2和海拉。事实上，该研究对单一的宫颈癌细胞系——海拉检测了3次。

“我们使用了3种不同的细胞系，希望找到在很多组织中都能发挥作用的通用机制。”来自波兰华沙大学的该项研究参与人员Rados.aw Stachowiak说，“我已经意识到一些细胞系存在问题，尤其是INT 407，但并不清楚问题的严重性。”他继续重复很多科学家曾经历过的承认某个细胞系是虚假的困难时期。“我不得不承认，考虑到不同的外观甚至是生长条件，很难接受所有这些细胞系都是海拉的事实。因为结果显示我们只是在海拉细胞系中进行了检测，我们并不清楚这种机制是否仅限于海拉。”Stachowiak已同《当代微生物学》取得联系，要求在论文中添加更正。

不过，Korch发现，即使在科学家知道自己喜爱的细胞系被污染后，他们可能仍然继续研究它。一个典型的例子是被看作血管细胞理想模型的ECV304，因为其被认为源自脐静脉样品。事实上，由来自德国生物样本库DSMZ的遗传学家Wilhelm Dirks领导的团队在1999年发现，ECV304是膀胱癌。从那以后，已有1000余篇关于ECV的论文被发表。2011年，两位研究人员在一封写给《生物化学杂志》的信件中解释了为何他们坚持使用该细胞系。来自佐治亚医学院的Wen-Cheng Xiong及其同事承认对ECV的辨认出现了错误，但同时表示，膀胱癌细胞具有诸如血管等内皮组织的特性。为此，他们得出如下结论：在缺少理想模型的情况下，我们相信ECV304细胞在内皮功能的研究中仍然有用。

Korch关于成本的最新研究能否将科学界从半个世纪的惰性中唤醒？“美国国立卫生研究院（NIH）的科学家都赞成这是一个严重的问题，而且真正解决该问题的时候到了。”评审过Korch分析论文的NIH下属国立综合医学研究所所长Jon Lorsch表示。

最终，所有这些努力都让Korch保持着乐观态度。“事实上，我看见‘水闸’开始打开。”他说，“每个地方的科学家都开始对再现性提出要求。我希望自己的工作是在正确方向上的一个额外动力。我们所有人都希望文献的金字塔能牢固地建立在坚实的基础上。”