自然与养育：遗传背景和培养基成分塑造体外内皮细胞转录组

为什么同一项实验会给出不同答案

当科学家测试血管细胞对新药或炎症的反应时，常常使用相同类型的细胞和类似的设备——但结果却可能大相径庭。本研究提出了一个看似简单却对医学影响深远的问题：当针对人类血管内皮细胞的实验出现分歧时，主要原因是人群的遗传差异，还是细胞在实验室中被喂养的不同“汤”——即营养和生长因子的配方？

血管内皮细胞：观察健康状况的一扇窗

衬在血管内壁的内皮细胞帮助调节血压，允许营养物质进入组织，并引导免疫细胞到达损伤或感染部位。因为它们接触血流中的所有物质，所以是许多药物的主要靶点，也是动脉粥样硬化和糖尿病等疾病的关键参与者。研究人员常用来自胎盘脐带的人工获取的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）作为体内血管内皮的便捷替代物。这类细胞被广泛使用，部分原因是它们相对容易获得，且受个体终生饮食、污染和疾病影响较小。

两个嫌疑：基因与培养基

尽管使用普遍，这些细胞的实验结果经常自相矛盾——即便研究团队看似在研究同一问题。作者将注意力集中在两个主要嫌疑上。一是取材新生儿之间存在的自然遗传变异。另一个是浸润培养皿中、为细胞提供营养、血清蛋白和强力生长信号的液体培养基。不同实验室使用不同配方，范围从促使细胞持续分裂的营养非常丰富的混合物，到让细胞保持更安静、类似静息状态的较清淡配方不等。

系统性审视细胞的内部运作

为了解开这些因素的影响，研究团队从三名不同新生儿取得内皮细胞，并在四种在血清含量和外加生长因子上不同的培养基中进行培养。随后，他们使用微阵列技术测量了每种条件下近14,000个基因的活性，这项技术可以读取在整个基因组范围内哪些基因被上调或下调。通过应用多种统计工具，包括聚类分析、相关性分析和主成分分析，他们评估了哪一因素——供体身份还是培养基配方——更能解释所有样本中基因活性模式的差异。

培养基占据主导

在多层次的分析中，结论一致：培养基类型主导了细胞的基因行为。当研究者基于总体基因活性将样本分组时，细胞倾向于与在相同培养基中生长的样本聚在一起，而不太受其来源新生儿身份的影响。在超过两千个在至少一次比较中显著变化的基因中，因更换培养基而改变的基因数量大约是因更换供体而改变的基因数量的两倍。一个常用的、富含生长因子的培养基与其他培养基相比表现尤其不同，而两种补充较为温和的培养基则产生了相对相似的基因模式。尽管供体遗传仍然重要——数百个基因在个体之间存在差异——但整体而言，培养条件的影响更大。

这些变化对细胞行为意味着什么

研究团队接着考察这些基因变化可能对细胞实际行为有什么影响。他们将基因归入血管内皮细胞常见的功能类别，如细胞分裂、血管新分支形成、对循环细胞的粘附性、血管壁通透性，以及在凝血和炎症中的作用。这里同样显示出培养基在很大程度上决定了基因表达的基调。营养更丰富的培养基显著增强与细胞分裂相关的基因程序，这与实验室里它们最适合扩增细胞数量的经验相符。较清淡的培养基则更有利于维持平静、稳定的状态，适合用于测试屏障功能。某些培养基还增强了与炎症、粘附和凝血相关的基因模式，这表明仅仅改变皿中的配方就能在分子层面上使细胞看起来更像或更不像“疾病状态”。

为何这对可靠科学至关重要

对普通读者来说，关键结论是：在实验室中细胞所接受的“食物”能比细胞来源对其内部状态产生更大的影响。这意味着，两项使用“相同”内皮细胞的研究，如果培养基不同，实际上可能在探测完全不同的细胞状态。作者认为，除了使用来自多个供体的细胞外，科学家必须把培养基的选择和报告视为一项核心的设计决策，而不是背景细节。这样做可以减少血管生物学和药物测试中一些令人困惑的矛盾结果——并使我们更接近那些能够更可靠预测人体内情况的实验室结果。

引用: Demeter, F., Debreczeni, M.L., Németh, Z. et al. Nature versus nurture: genetic background and media composition shape endothelial cell transcriptomes in vitro. Sci Rep 16, 13621 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43732-0

关键词: 内皮细胞, 细胞培养基, 基因表达, 实验可重复性, HUVEC