人单核细胞THP-1

人单核细胞THP-1

一、细胞起源

1.建立背景：THP-1细胞系于1980年由Tsuchiya等从一名急性单核细胞白血病（AML）患儿的血液中分离建立，是首个被鉴定具有明确单核细胞标志的白血病细胞系[1]。

2.遗传背景：细胞携带HLA单倍型：HLA-A2、-A9、-B5、-DRW1和-DRW2，无Epstein-Barr病毒抗原[1]。

二、生物学特性

1.形态与结构：

• 未分化时呈悬浮生长，表面有微绒毛；经佛波酯（如TPA/PMA）处理后，迅速黏附并分化为巨噬细胞样形态，胞质内高尔基体、内质网和核糖体显著发育[2]。
• 分化后细胞体积增大，胞质/核比例升高，线粒体和溶酶体数量增加[3]。

2.表面标志物：

• 组成性表达Fc受体（IgG结合）和C3b受体，无表面或胞质免疫球蛋白[1]。
• 分化后表达单核/巨噬细胞标志（如CD14、CD11b），且TLR2响应显著增强[3]。

3.功能特性：

• 酶活性：组成性表达α-萘丁酸酯酶（NaF可抑制），TPA/PMA刺激后酶活性增强[1][2]。
• 吞噬功能：可吞噬乳胶颗粒、酵母和IgG包被的红细胞，分化后吞噬能力提升3倍以上[1][2]。
• 分泌功能：持续分泌溶菌酶，分化后产生M1/M2型细胞因子（如TNF-α、IL-10）[1][4]。
• 免疫调节：可恢复T细胞对Con A的响应，具有抗原提呈潜力[1][5]。

三、培养与储存

1.培养条件：

• 基础培养基：RPMI-1640 + 10%胎牛血清（FBS）[6]。
• 传代：悬浮生长，需定期吹散细胞团块[7]。

2.分化诱导：

• 经典方案：100 nM PMA处理48小时，诱导巨噬细胞样分化[2]。
• 优化方案：PMA刺激后撤药静置5天（PMAr），可获得更接近原代巨噬细胞的表型[3]。

3.冻存与复苏：

• 冻存液：90% FBS + 10% DMSO，液氮保存；原始冻存株（THP-1-O）分化能力优于长期传代株（THP-1-R）[2][5]。

四、研究应用领域

1.免疫调节研究：

• 模拟单核/巨噬细胞分化、极化及炎症响应（如TLR通路、炎性体激活）[8][9][10]。

2.疾病模型：

• 动脉粥样硬化：研究氧化低密度脂蛋白（oxLDL）对巨噬细胞极化的影响[11]。
• 痛风性关节炎：NLRP3炎性体激活机制[10]。
• 神经退行性疾病：β-淀粉样蛋白诱导的单核细胞成熟[12]。

3.药物筛选：

• 评估抗炎化合物、抗癌药物及纳米颗粒的免疫毒性[8][6]。

4.组织工程：

• 与干细胞、内皮细胞共培养，研究组织修复与免疫微环境[13]。

五、近几年研究进展（2018–2024）

1.分化优化：

• PMAr方案（PMA刺激后静置）显著提升THP-1分化的巨噬细胞与原代细胞的相似性，包括抗凋亡蛋白Mcl-1表达和TLR2响应强度[3][14]。

2.表观遗传差异：

• 2021年研究发现THP-1与原代单核细胞染色质构象（如TAD结构、染色质环）存在显著差异，导致分化相关基因表达偏移，提示永生化影响表观遗传[15]。

3.新型极化模型：

• 2023年建立M2样巨噬细胞模型，通过细胞因子组合（IL-4/IL-13）模拟肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），用于癌症免疫治疗研究[9]。

4.生物材料互作：

• 磷酸钙陶瓷相变调控THP-1源性巨噬细胞极化方向，影响骨再生微环境[4]。

六、局限性与克服方法

1.与原代细胞的差异：

• 局限性：长期培养导致染色体结构异常、基因表达偏移（如炎症通路基因），分化后细胞仍缺乏原代巨噬细胞的吞噬效率和极化可塑性[14][15]。
• 克服方法：联合多组学（转录组+表观组）验证关键表型[15]；采用PMAr方案提升功能相似性[3]；开发THP-1与原代细胞共培养系统[13]。

2.分化诱导的争议：

• 局限性：PMA诱导可能过度激活炎症通路，干扰药物响应[14]。
• 克服方法：改用低剂量维生素D3（VD3）或细胞因子（如M-CSF）诱导分化[3][14]。

3.冻存影响：

• 局限性：反复冻存降低分化效率[2]。
• 克服方法：使用早期冻存株（THP-1-O），限制传代次数（<30代）[2][14]。

七、总结与展望

THP-1细胞系作为单核/巨噬细胞研究的经典模型，具备分化可塑性、操作便捷性和广泛的适用性，尤其在免疫调节、疾病机制和药物开发中不可或缺。然而，其永生化导致的表观遗传偏移和功能差异需谨慎解读[15]。未来方向：

    1.开发基因编辑THP-1株（如CRISPR修正表观遗传位点）以提升生理相关性；

    2.整合3D共培养系统模拟体内微环境[13]；

    3.探索单细胞测序在THP-1异质性研究中的应用[7]。

参考文献

1. Establishment and characterization of a human acute monocytic leukemia cell line (THP-1). Tsuchiya S,  et al. Int J Cancer. 1980;26(2):171-172. [PMID: 6970727]

2. Induction of maturation in cultured human monocytic leukemia cells by a phorbol diester. Tsuchiya S,  et al. Cancer Res. 1982;42(4):1530-1534. [PMID: 7060008]

3. The identification of markers of macrophage differentiation in PMA-stimulated THP-1 cells and monocyte-derived macrophages. Daigneault M, et al. PLoS One. 2010;5(1):e8663. [PMID: 20084270]

4.  Macrophage polarization related to crystal phases of calcium phosphate biomaterials. Xiao L, et al. Biomaterials. 2021;276:121022.[ PMID: 34175743]

5.  Establishment of an activated macrophage cell line, A-THP-1, and its properties. Tominaga T,  et al. J Leukoc Biol. 1998;64(4):524-530. [PMID: 9766635]

6.  Complexification of in vitro models of intestinal barriers, a true challenge for a more accurate alternative approach. Haddad MJ, et al. Int J Mol Sci. 2023;24(3):2806. [PMID: 36769035]

7.  Determination of electrophysiological properties of human monocytes and THP-1 cells by dielectrophoresis. Mohamed R, et al. PLoS One. 2019;14(3):e0213127. [PMID: 30845240]

8.  THP-1 cell line: an in vitro cell model for immune modulation approach. Chanput W, et al. Int Immunopharmacol. 2014;23(1):37-45. [PMID: 25205340]

9.  Anti‐inflammatory mechanisms in cancer research: characterization of a distinct M2‐like macrophage model derived from the THP‐1 cell line. Scheurlen KM, et al. Cancer Immunol Immunother. 2023;72(11):3625-3638. [PMID: 37603021]

10.  Nuclear receptor coactivator 6 is a critical regulator of NLRP3 inflammasome activation and gouty arthritis. Lee KG, et al. Cell Mol Immunol. 2024 Mar;21(3):227-244. [PMID: 38195836]

11.  The effect of myeloperoxidase-oxidized LDL on THP-1 macrophage polarization and repolarization. Bazzi S,  et al. Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2022;1867(2):159078. [PMID: 34756922]

12. Crouse NR. The role of amyloid-beta assembly state in monocyte maturation and smooth muscle cell degeneration [PhD thesis]. University of Kentucky; 2011.

13. Bogdanowicz DR. Designing the stem cell microenvironment for guided connective tissue regeneration [PhD thesis]. Rutgers University; 2017.

14.  Convenience versus biological significance: are PMA-differentiated THP-1 cells a reliable substitute for blood-derived macrophages when studying in vitro polarization? Tedesco S, et al. Front Pharmacol. 2018;9:71. [PMID: 29593522]

15.  Monocytic THP-1 cells diverge significantly from their primary counterparts: a comparative examination of the chromosomal conformations and transcriptomes. Liu Y, et al. Front Immunol. 2021;12:7650410. [PMID: 34804045]