隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的飛速發(fā)展，基因轉(zhuǎn)染技術(shù)已成為研究基因功能、疾病發(fā)病機(jī)制以及基因治療等領(lǐng)域的核心手段之一。真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染是將外源基因?qū)胝婧思?xì)胞內(nèi)并使其穩(wěn)定表達(dá)的過程，這一過程面臨著諸多挑戰(zhàn)，如外源基因的有效遞送、細(xì)胞毒性的控制以及轉(zhuǎn)染效率的提高等。
陽離子脂質(zhì)體作為一種非病毒基因載體，因其具有良好的生物相容性、可修飾性以及相對較低的免疫原性等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。其基本原理是利用陽離子脂質(zhì)體與帶負(fù)電荷的核酸分子通過靜電作用形成復(fù)合物，然后通過脂質(zhì)體與細(xì)胞膜的融合或內(nèi)吞作用將外源基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)。盡管陽離子脂質(zhì)體在基因轉(zhuǎn)染方面具有諸多優(yōu)勢，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍存在轉(zhuǎn)染效率不穩(wěn)定、細(xì)胞特異性差等問題，因此深入研究陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染的機(jī)制和優(yōu)化策略具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
陽離子脂質(zhì)體通常由陽離子脂質(zhì)和輔助脂質(zhì)組成。陽離子脂質(zhì)的頭部帶有正電荷，能夠與帶負(fù)電荷的 DNA 或 RNA 分子相互吸引，形成脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物。這種復(fù)合物的形成不僅保護(hù)了核酸分子免受核酸酶的降解，還促進(jìn)了其與細(xì)胞膜的相互作用。
當(dāng)脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物與真核細(xì)胞接觸時(shí)，主要通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)染：一是脂質(zhì)體與細(xì)胞膜直接融合，將復(fù)合物中的核酸釋放到細(xì)胞質(zhì)中；二是通過細(xì)胞的內(nèi)吞作用，復(fù)合物被攝入細(xì)胞內(nèi)形成內(nèi)體，然后在內(nèi)體酸性環(huán)境的作用下，脂質(zhì)體與內(nèi)體膜融合，釋放核酸到細(xì)胞質(zhì)中，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯。
細(xì)胞系：選用常見的真核細(xì)胞系，如 HeLa 細(xì)胞（人宮頸癌細(xì)胞）、HEK293 細(xì)胞（人胚腎細(xì)胞）等，這些細(xì)胞系具有生長迅速、易于培養(yǎng)和轉(zhuǎn)染等特點(diǎn)，適合用于基因轉(zhuǎn)染研究。
質(zhì)粒構(gòu)建：構(gòu)建含有特定報(bào)告基因（如綠色熒光蛋白基因 GFP）的重組質(zhì)粒，用于監(jiān)測基因轉(zhuǎn)染效率。報(bào)告基因的表達(dá)產(chǎn)物易于檢測和定量，能夠直觀地反映轉(zhuǎn)染效果。
陽離子脂質(zhì)體試劑：購買商業(yè)化的陽離子脂質(zhì)體試劑，如 Lipofectamine 系列等，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自行制備陽離子脂質(zhì)體，其主要成分包括陽離子脂質(zhì) DOTAP（1,2 - 二油酰基 - 3 - 三甲銨丙烷）和輔助脂質(zhì) DOPE（二油酰磷脂酰乙醇胺）等。
培養(yǎng)基及血清：使用適合相應(yīng)細(xì)胞系生長的培養(yǎng)基，如 DMEM（杜氏改良 Eagle 培養(yǎng)基）、RPMI - 1640 培養(yǎng)基等，并添加一定比例的胎牛血清（FBS）以提供細(xì)胞生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子。
其他試劑：包括用于細(xì)胞消化的胰蛋白酶 - EDTA 溶液、用于細(xì)胞固定和染色的多聚甲醛、用于檢測基因表達(dá)的熒光顯微鏡、流式細(xì)胞儀等。
細(xì)胞培養(yǎng)
將凍存的真核細(xì)胞系復(fù)蘇后，接種于培養(yǎng)瓶中，在 37°C、5% CO? 的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細(xì)胞生長至對數(shù)生長期時(shí)，進(jìn)行傳代培養(yǎng)，以維持細(xì)胞的良好生長狀態(tài)。
在進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)前，將細(xì)胞接種于 24 孔板或 6 孔板中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定接種密度，一般為每孔 1×10? - 5×10? 個(gè)細(xì)胞，培養(yǎng) 24 小時(shí)，使細(xì)胞貼壁生長并達(dá)到合適的密度。
陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物的制備
基因轉(zhuǎn)染操作
將培養(yǎng)板中的舊培養(yǎng)基輕輕吸出，用無血清培養(yǎng)基洗滌細(xì)胞一次，以去除殘留的血清，因?yàn)檠逯械某煞挚赡軙?huì)干擾陽離子脂質(zhì)體與細(xì)胞的相互作用。
將制備好的陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物加入到細(xì)胞培養(yǎng)孔中，輕輕晃動(dòng)培養(yǎng)板，使復(fù)合物均勻分布在細(xì)胞表面。然后在 37°C、5% CO? 的培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng) 4 - 6 小時(shí)。
培養(yǎng)結(jié)束后，加入含有血清的完整培養(yǎng)基，繼續(xù)培養(yǎng) 24 - 48 小時(shí)，使外源基因在細(xì)胞內(nèi)充分表達(dá)。
基因轉(zhuǎn)染效率的檢測
熒光顯微鏡觀察：對于攜帶 GFP 等熒光報(bào)告基因的轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)，可以在轉(zhuǎn)染后 24 - 48 小時(shí)，直接在熒光顯微鏡下觀察細(xì)胞的熒光強(qiáng)度和熒光細(xì)胞比例。綠色熒光越強(qiáng)、熒光細(xì)胞數(shù)量越多，則表明轉(zhuǎn)染效率越高。通過對不同實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞熒光圖像進(jìn)行采集和分析，可以直觀地比較不同轉(zhuǎn)染條件下的轉(zhuǎn)染效果。
流式細(xì)胞術(shù)分析：將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞消化收集，用 PBS 緩沖液洗滌細(xì)胞兩次，然后用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞的熒光強(qiáng)度。流式細(xì)胞儀能夠?qū)Υ罅考?xì)胞進(jìn)行快速檢測和分析，準(zhǔn)確測定熒光陽性細(xì)胞的比例，從而定量評估基因轉(zhuǎn)染效率。同時(shí)，還可以通過流式細(xì)胞術(shù)對轉(zhuǎn)染細(xì)胞進(jìn)行分選，進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)染成功的細(xì)胞群體的生物學(xué)特性。
RT - PCR 和 Western blot 檢測：除了熒光檢測外，還可以采用 RT - PCR 和 Western blot 技術(shù)檢測外源基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的表達(dá)情況。RT - PCR 可以擴(kuò)增外源基因的特定 mRNA 片段，通過比較不同實(shí)驗(yàn)組中目的基因 mRNA 的相對含量，評估基因轉(zhuǎn)染后的轉(zhuǎn)錄效率。Western blot 則是利用特異性抗體檢測目的蛋白的表達(dá)水平，進(jìn)一步驗(yàn)證基因轉(zhuǎn)染后在蛋白質(zhì)水平的表達(dá)效果。
通過動(dòng)態(tài)光散射（DLS）技術(shù)對制備的陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物的粒徑和電位進(jìn)行測定。結(jié)果表明，在合適的 N/P 比范圍內(nèi)，復(fù)合物的粒徑分布較為均勻，一般在 100 - 500nm 之間，電位呈正電性，這有利于復(fù)合物與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜相互作用。隨著 N/P 比的增加，復(fù)合物的粒徑逐漸增大，電位也相應(yīng)升高，但過高的 N/P 比可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合物的聚集和穩(wěn)定性下降，從而影響轉(zhuǎn)染效率。
細(xì)胞密度：不同的細(xì)胞接種密度對基因轉(zhuǎn)染效率有顯著影響。當(dāng)細(xì)胞密度過低時(shí)，細(xì)胞與陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物的接觸機(jī)會(huì)減少，轉(zhuǎn)染效率較低；而當(dāng)細(xì)胞密度過高時(shí)，細(xì)胞生長狀態(tài)變差，也會(huì)降低轉(zhuǎn)染效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在 HeLa 細(xì)胞中，當(dāng)接種密度為每孔 2×10? 個(gè)細(xì)胞時(shí)，轉(zhuǎn)染效率高。
血清含量：血清中的蛋白質(zhì)等成分可能會(huì)與陽離子脂質(zhì)體結(jié)合，影響其與核酸的結(jié)合以及與細(xì)胞的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)染過程中，無血清培養(yǎng)基能夠提高轉(zhuǎn)染效率，但長時(shí)間的無血清培養(yǎng)可能會(huì)對細(xì)胞造成損傷。因此，采用在轉(zhuǎn)染時(shí)使用無血清培養(yǎng)基，轉(zhuǎn)染后一定時(shí)間再加入含血清培養(yǎng)基的方法，可以在保證細(xì)胞活力的同時(shí)提高轉(zhuǎn)染效率。
陽離子脂質(zhì)體組成：不同類型的陽離子脂質(zhì)體對基因轉(zhuǎn)染效率有明顯差異。以 DOTAP/DOPE 為基礎(chǔ)的陽離子脂質(zhì)體在多種真核細(xì)胞系中表現(xiàn)出較好的轉(zhuǎn)染效果。通過改變輔助脂質(zhì)的種類和比例，可以進(jìn)一步優(yōu)化陽離子脂質(zhì)體的性能。例如，添加適量的膽固醇可以提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性和膜融合能力，從而提高轉(zhuǎn)染效率。
N/P 比：N/P 比是影響陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物形成和轉(zhuǎn)染效率的關(guān)鍵因素。在較低的 N/P 比時(shí)，脂質(zhì)體與核酸的結(jié)合不完整，復(fù)合物穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)染效率較低；隨著 N/P 比的增加，轉(zhuǎn)染效率逐漸升高，但當(dāng) N/P 比過高時(shí)，如超過 10，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性增加，轉(zhuǎn)染效率反而下降。在 HEK293 細(xì)胞中，N/P 比為 5 時(shí)轉(zhuǎn)染效率高，同時(shí)細(xì)胞毒性相對較低。
轉(zhuǎn)染時(shí)間也是影響基因轉(zhuǎn)染效果的重要因素。在轉(zhuǎn)染過程中，過長或過短的轉(zhuǎn)染時(shí)間都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率不理想。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于 HeLa 細(xì)胞，轉(zhuǎn)染 4 - 6 小時(shí)后，加入完整培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng) 24 - 48 小時(shí)，能夠獲得較高的轉(zhuǎn)染效率。如果轉(zhuǎn)染時(shí)間過短，陽離子脂質(zhì)體 - 核酸復(fù)合物與細(xì)胞的作用不充分；而轉(zhuǎn)染時(shí)間過長，可能會(huì)引起細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，降低轉(zhuǎn)染效率并增加細(xì)胞毒性。
本研究系統(tǒng)地探討了陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染的相關(guān)因素，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了轉(zhuǎn)染條件，包括陽離子脂質(zhì)體的組成、細(xì)胞培養(yǎng)條件、N/P 比以及轉(zhuǎn)染時(shí)間等。結(jié)果表明，在合適的轉(zhuǎn)染條件下，陽離子脂質(zhì)體能夠有效地將外源基因?qū)胝婧思?xì)胞內(nèi)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定表達(dá)，為基因功能研究、基因治療等領(lǐng)域提供了重要的技術(shù)支持。然而，盡管本研究在提高陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)染效率方面取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些問題需要進(jìn)一步研究，如如何提高陽離子脂質(zhì)體的細(xì)胞特異性、降低細(xì)胞毒性以及實(shí)現(xiàn)更高效的基因遞送等。未來的研究將圍繞這些問題展開，有望開發(fā)出更加高效、安全的陽離子脂質(zhì)體基因轉(zhuǎn)染系統(tǒng)，推動(dòng)基因轉(zhuǎn)染技術(shù)在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
