Cellf-deception：人小胶质细胞克隆3（HMC3）细胞表现出更类似于星形胶质细胞而非小胶质细胞的基因表达特征

《Frontiers in Bioinformatics》：Cellf-deception: human microglia clone 3 (HMC3) cells exhibit more astrocyte-like than microglia-like gene expression

阿尔茨海默病相关研究表明，人脑免疫系统的微胶质细胞在疾病发展中起关键作用。HMC3细胞线作为常用的微胶质模型，其细胞类型被通过基因对比随机森林分类器验证后发现更接近星形胶质细胞，且外源数据集测试显示分类一致性，排除鼠源污染可能。该研究强调HMC3不能可靠代表小胶质细胞，提醒后续研究需谨慎使用。

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）作为一种日益严重的全球健康问题，已经成为美国的主要死亡原因之一。随着对这种疾病研究的不断深入，科学家们发现大脑的免疫系统在AD的发展和进展中扮演着关键角色。特别是微胶质细胞，作为大脑固有免疫防御系统的重要组成部分，其功能在AD的病理机制中具有重要意义。然而，微胶质细胞的特性在实验研究中存在挑战，因为它们难以从新鲜的大脑组织中分离出来，且培养过程复杂且成本高昂。为了解决这一问题，研究者们开发了多种替代模型，包括通过诱导多能干细胞（iPSC）分化而来的微胶质样细胞（iMG），这些细胞虽然能够更准确地模拟微胶质细胞的特性，但其培养过程依然繁琐且昂贵。因此，研究者们尝试使用永生化细胞系，如Human Microglia Clone 3（HMC3），来替代原生微胶质细胞进行研究。HMC3细胞系最初由SV40抗原转化人胚胎微胶质细胞培养物而成，因其能够无限增殖，成为研究微胶质细胞功能的一种便捷工具。然而，近年来的研究却表明，HMC3细胞系的表达特征与微胶质细胞存在显著差异，可能并不适合用于AD等神经退行性疾病的微胶质细胞研究。

本研究的主要目标是通过计算方法评估HMC3细胞系是否可以被准确归类为微胶质细胞，从而确定其在研究AD等疾病中的适用性。我们利用了多个研究中的RNA测序数据，结合基因对表达比例分析，构建了两种不同的随机森林（Random Forest, RF）分类器。第一种分类器基于原生人类细胞的数据，旨在区分不同细胞类型，并评估HMC3细胞系在基因表达层面的相似性。第二种分类器则基于DepMap项目中的细胞系数据，用于比较HMC3与其他细胞系在转录水平上的差异。通过这两种分类器的分析，我们发现HMC3细胞系在基因表达模式上更接近于星形胶质细胞（astrocytes）而非微胶质细胞。此外，我们还对HMC3细胞系的基因组数据进行了深入分析，以排除其可能来源于大鼠细胞的可能性，并确认其是否为人类来源。

研究结果表明，HMC3细胞系在多个基因表达数据集中均表现出与星形胶质细胞相似的特征，其表达水平和转录谱均未显示典型的微胶质细胞标志物，如CD11b（ITGAM）、CD45（PTPRC）等。同时，我们对HMC3细胞系的基因组数据进行了序列比对分析，发现其主要来源于人类基因组，而非大鼠。这一发现排除了HMC3细胞系因污染而具有非人类来源的可能性。然而，HMC3细胞系的转录特征仍然显示其与微胶质细胞存在显著差异，尤其是在某些关键功能相关的基因表达上。因此，尽管HMC3细胞系在实验中具有较高的可操作性和经济性，但它可能并不适合作为微胶质细胞的代表性模型。

我们的研究还发现，HMC3细胞系在表达谱上与另一种常见的星形胶质细胞系U87具有高度相似性，这进一步支持了HMC3更可能属于星形胶质细胞的结论。此外，我们通过多种实验方法验证了这一结论，包括使用单细胞和伪批量分析方法对HMC3细胞系进行分类。结果显示，HMC3细胞系的预测得分中，星形胶质细胞的得分显著高于微胶质细胞。这表明HMC3细胞系可能并非理想的微胶质细胞模型，而更适合作为星形胶质细胞的研究工具。

本研究的结果对AD及相关神经退行性疾病的科学研究具有重要意义。由于HMC3细胞系的基因表达模式更接近星形胶质细胞，因此使用HMC3细胞系来研究微胶质细胞的功能可能会导致对AD病理机制的误解。特别是在涉及免疫信号传导、β-淀粉样蛋白的吞噬作用以及神经炎症的研究中，HMC3细胞系可能无法准确反映微胶质细胞的真实行为。因此，研究者在使用HMC3细胞系进行相关研究时，应保持高度谨慎，避免因细胞系的不准确性而影响实验结果的可靠性。

为了进一步提高研究的准确性，未来的研究可以考虑使用更大的数据集来验证HMC3细胞系的分类结果。同时，我们建议对HMC3细胞系进行更全面的基因表达分析，以确定其是否具有某些特定功能的有限适用性。此外，随着高通量测序技术和人工智能在生物医学研究中的广泛应用，我们提出的数据整合策略可以为未来的药物靶点发现提供支持。通过结合批量RNA测序和单细胞RNA测序的数据，研究者能够更全面地理解不同细胞类型的基因表达特征，并在AD等疾病的机制研究中发挥更大的作用。

综上所述，尽管HMC3细胞系因其无限增殖能力而被广泛使用，但其基因表达特征与微胶质细胞存在显著差异，因此不能作为微胶质细胞的可靠模型。研究者在使用HMC3细胞系进行AD研究时，应重新评估其在实验设计中的适用性，并考虑使用更准确的微胶质细胞模型，如iPSC来源的iMG细胞系。这样不仅能够提高研究的准确性，还能为揭示AD的发病机制和开发新的治疗策略提供更坚实的理论基础。同时，我们呼吁科学界在使用HMC3细胞系时保持谨慎，并在相关研究中明确标注其可能的分类偏差，以避免误导性的结论。