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骨髓增生异常综合征(MDS)是一组多步骤累及多基因异常变化而导致的具有高度异质性的造血系统恶性克隆性疾病。主要表现为骨髓髓系细胞一系或多系发育异常，无效造血导致难治性贫血或全血细胞减少及演变为急性髓系白血病风险增高[1]。2008年WHO血液肿瘤分类系统将MDS列为五类主要髓系肿瘤之一。21世纪90年代以来，MDS发病率呈明显上升趋势，尤其在70岁以上人群中，其年发病率从(2～12)/100 000上升至(30～50)/100 000，远高于急性髓系白血病(AML)和骨髓增殖性肿瘤(MPN)[2]。因此，对MDS的认识和深入研究日益重要。
源于患者的永生化血液肿瘤细胞系除了具有可以长期保存、在特定培养条件下持续稳定增殖、可供世界各国研究者广泛使用、便于观察和精确操作等优点外[3,4]，更重要的是，由于其克隆化来源，保持了肿瘤细胞遗传特性的均一性和稳定性，且保留了肿瘤细胞独特的遗传学改变和分子生物学特性，可以可靠反映体内恶性克隆的分子本质[5]。因此，永生化的人血液肿瘤细胞系是进行血液肿瘤发生演变机制和药理学研究不可替代的工具。
相对急性白血病或淋巴瘤，MDS患者具有高度异质性，诊断时常处于不同的疾病阶段和病理演变过程，MDS起始细胞(MDS-initiating cells，MICs)仍具有分化能力，早期阶段以过度凋亡和病态造血为主，并非如原发急性髓系白血病(de novo AML)出现骨髓原始细胞分化阻滞和凋亡减少从而导致骨髓中大量异常原始细胞堆积，抑制正常造血。因此，人MDS永生化细胞系的建立相较人白血病或淋巴瘤细胞系的建立更为困难。目前，国际上已经建立的可用的人MDS细胞系非常有限，根据建系时患者所处的疾病状态，MDS细胞系分为MDS转化为急性白血病前(简称转白前)和转化为急性白血病后(简称转白后)两类[6]。
该类细胞系建系时患者尚处于MDS阶段，根据2008年WHO造血组织和淋巴组织肿瘤分类标准，MDS阶段患者骨髓中原始细胞必须低于20%。而目前报道的3种MDS细胞系均在2008年之前建系，采用的为1982年法、美、英(FAB)协作组MDS分类标准，该标准中患者骨髓的原始细胞数可放宽至30%。回顾这3种MDS细胞系的建系文献，虽然作者未对患者的病例经过及采集细胞时的骨髓情况进行详细描述，但所有患者在采集细胞时均处于难治性贫血伴原始细胞增多(RAEB)或难治性贫血伴原始细胞增多转化型(RAEB-T)阶段[7,8,9]。迄今为止，尚未有在诊断难治性贫血(RA)、难治性贫血伴环形铁粒幼细胞增多(RARS)、难治性贫血伴多系发育异常(RCMD)或5q–综合征阶段建系成功的报道。因此，已建系的MDS细胞来源的患者骨髓中已具有一定比例的原始细胞，且具有向急性白血病演变的趋势，这些细胞应为已经发生克隆演变的MICs。
M-TAT细胞系建立于1992年，细胞分离自1例处于RAEB-T复发状态的3岁男性患儿的外周血。该细胞系需依赖粒巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、促红细胞生成素(EPO)或干细胞因子(SCF)生长，细胞表达抗血型糖蛋白A抗体、血红蛋白及EPO受体，EPO可维持该细胞系处于红系分化阶段，通过提高红系转录调控关键因子珠蛋白转录因子-1(GATA-1)的转录水平促进如δ-氨基乙酰丙酸合成酶、γ珠蛋白等红系特异性分子转录。但该细胞系建立者Minegishi等[7]在报道中未对其细胞来源的患者病例进行详细描述，也未对该细胞系的免疫表型、遗传学特征、种属特异性、病毒感染情况等生物学特征进行描述，因此，该细胞系的应用十分有限，几乎没有后续应用该细胞系进行MDS相关方面研究的报道，目前该细胞系也无法通过商业途径得到。
TER-3细胞系建立于1997年，分离自1例男性患者骨髓，该患者初诊为MDS-RA，很快进展为RAEB，2个月后进展为RAEB-T。该细胞系需要依赖白细胞介素3(IL-3)生长，呈聚集或单个细胞悬浮生长，胞质内空泡明显，多核细胞超过1%，核仁明显，3%的细胞处于分裂象。但该细胞髓过氧化物酶(MPO)染色阴性，糖原染色(PAS)染色阳性，超微结构中也未见MPO或血小板过氧化物酶(PPO)颗粒。免疫表型检测示CD15、CD19、CD61强阳性，CD71弱阳性，而CD11b、CD14、CD13、CD33、CD34阴性，不到5%的细胞表达CD41a和CD41b，建系者认为该细胞系为表达CD19的髓系细胞。该细胞系具有与来源患者骨髓细胞类似的遗传学特征：42，X，–Y，add(3)(q11)，–7，–8，–9，add(10)(q26)，add(12)(p11)，–16，–17，–20，＋mar1，＋mar2，＋mar3。其中虽然包含MDS常见的7号染色体异常，但未报道有5号染色体异常，也未对5q31的MDS常见缺失区域(CDR)[10]进行检测。此外，建系者还报道IL-3、促血小板生成素(TPO)、EPO、SCF、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、GM-CSF均可促进TER-3细胞增殖，且G-CSF还可刺激其向红、巨核系分化[8]。虽然，相比M-TAT细胞系，TER-3细胞系的建立者Mishima等[8]对它的种属特异性、免疫表型、遗传特征等进行了较为详细的描述，但对该细胞系生物学特征的检测均在连续培养的早期阶段，并未在后续连续传代过程中对细胞的免疫表型和遗传学特征进行监测，报道中始终未检测到MPO表达，也未对该细胞系进行病毒DNA检查。由于目前该细胞系既无法通过商业途径购得，也无法从建立者处获得，因此，该细胞系也未在MDS相关的研究中得到应用。
MDS-92细胞系由Tohyama等[9]建立于1991年，细胞来源1例52岁男性患者的骨髓，该患者初诊为MDS-RARS，8个月后进展为RAEB，次年6月因出血死亡，去世时仍未进展至AML阶段。MDS-92细胞需依赖IL-3悬浮生长，25%～30%的细胞呈现原始细胞的形态特征，其余细胞表现为成熟中性粒细胞或巨噬细胞形态特征，且有部分细胞出现异常有丝分裂象及成熟异常。该细胞系中81%的细胞MPO表达阳性，免疫表型表达CD33、CD13、CD11b、HLA-DR，不表达CD3、CD7、CD19、CD20、CD61和血型糖蛋白A，原始细胞中有34%表达CD34，符合髓系来源细胞表型特征。MDS-92细胞系核型特征为44，XY，–7，–12，–13，＋mar，del(5)(q13q35)，add(14)(p11)，add(22)(q13)，含有MDS关键的5号、7号染色体异常，并有N-ras基因第12位密码子(GGTGly-GCTAla)点突变。IL-3、SCF、GM-CSF可促进该系细胞增殖，并可使CD34＋细胞向成熟粒细胞及单核细胞分化。MDS-92细胞系是目前唯一对细胞的种属特异性、遗传学特征、表型特征等生物学特性进行详细描述，并且具有特征性的5、7号染色体异常的转白前MDS细胞系，也是目前唯一得到公认及应用的MDS细胞系。但该细胞系仅能向建立者索要获得，无法通过商业途径购得。由于MDS-92细胞系具有向成熟髓系细胞分化的特征，且需依赖细胞因子生长，因此，该细胞系的维持和培养较为困难。该细胞系的建立者Tohyama[11]在MDS-92的基础上，建立了不同分化程度的亚系，如MDS-92D、MDS-92K、MDS-92T、MDS-L以及无需依赖细胞因子的MDS-LGF。这些分化程度不同的亚系，可模拟MDS进展过程中不同的疾病阶段用于MDS演变机制的研究。Matsuoka等[12]利用MDS-L细胞系5号染色体长臂缺失的特点，研究雷那度胺对MDS细胞药理作用发现，雷那度胺可通过抑制M期相关基因，如MYH10、aurora kinase B、PLK1等表达抑制MDS-L细胞胞质分裂，导致细胞凋亡增加、增殖减慢。此外，Tsujioka等[13]及Hu等[14]还分别应用MDS-L细胞系进行了DNA甲基转移酶抑制剂及二硫化二砷在MDS治疗作用中的药理学研究。
该类患者在采集建系来源细胞时已处于MDS进展至AML阶段。相比转白前的MDS细胞系，MDS进展为AML后建系相对容易，此类细胞已在MICs细胞的基础上进一步发生了克隆演变，原始细胞比例超过20%，且具有分化阻滞和过度增殖的特点。虽然转白后的MDS细胞系中原始细胞与de novo AML细胞系中的原始细胞有类似的生物学特性，但二者克隆起源不同，研究发现de novo AML与AML/MDS恶性克隆的累积分子事件是不同的[15]，因此，MDS转化的AML原始细胞具有一些MDS特征性的分子生物学改变，可用于研究MDS转白的分子机制及相关药理学研究。目前，得到公认的该类细胞系共有21个[6]，其中仅Uoc-B10报道为B系前体细胞(BCP)，为1例26岁罹患畸胎瘤男性患者化疗过程中诊断为MDS，其后进展为急性淋巴细胞白血病(ALL)[16]，其余均为AML阶段，几乎涵盖AML各种形态学分型(M1～M7)，部分细胞系具有MDS常见的5、7、8、20号染色体异常。虽然MDS转白后的细胞系远多于转白前细胞系，但实际上，这些细胞系中得到完善细胞鉴定和生物学描述，至今仍应用较多且可通过商业途径获得的仅SKM-1[17]、MOLM-13[18]，MUTZ-8[19]三个细胞系。
SKM-1细胞系建立于1989年，来自1例76岁男性患者的外周血，该患者初诊为MDS-RAEB-T，初诊时未发现染色体异常，经过数疗程小剂量阿糖胞苷治疗，7个月后患者发生耐药，并进展为AML M5，经联合化疗无效后死亡，疾病终末阶段患者出现染色体异常，为46，XY，del(9)(q13；q22)，der(17)t(17；？)(p13；？)。SKM-1细胞无需依赖细胞因子即可在体外持续悬浮生长并传代。该系细胞具有核质比增大、核仁明显、染色质细腻等白血病细胞形态特点，丁酸酯酶染色阳性，免疫表型表达HLA-DR、CD11b、CD33、CD13、CD4、不表达CD2、CD3、CD5、CD7、CD8、CD14，符合急性单核细胞白血病的表型特征。该细胞系的遗传学特征与患者疾病终末期的染色体异常一致，此外，还具有K-ras、N-ras及p53基因突变的分子生物学特点，细胞EB病毒(EBV)检测阴性[17]。该细胞系不仅有详细的细胞种属特异性、表型特征、遗传学和分子生物学特征、病毒感染情况、细胞生长特性等生物学描述，还可通过DSMZ、JCRB细胞库购得，经多个实验室长期体外传代培养仍能稳定维持其髓系表型特征、主要遗传学及分子生物学特征，因此是目前应用最广泛，较为可靠的MDS细胞模型。Yue等[20]利用SKM-1细胞研究硼替佐米(BTZ)对MDS细胞作用，发现BTZ可通过上调Wee1蛋白激酶表达将细胞阻滞在G2/M期从而诱导细胞凋亡和自噬，并建立了BTZ耐药的SKM-1R细胞株，发现MAPK途径可能在诱导BTZ耐药中起到关键作用。
MOLM-13细胞系建立于1995年，细胞自1例20岁的男性患者外周血分离获得。该患者初诊为MDS-RAEB，之后进展为AML-M5，采集细胞时患者处于AML复发状态。该系细胞无需依赖细胞因子即可呈悬浮生长并长期传代，细胞呈现白血病细胞形态特点，单核细胞特异性酯酶染色阳性，细胞具有ins(11；9)(q23；p22p23)，＋6，＋8，＋13，＋19遗传学特征，并可检测到MLL-AF9融合基因及p53基因突变。免疫表型表达CD34、CD33、CD15，不表达CD13、CD14、CD19、CD20。γ干扰素可诱导该细胞向单核细胞分化[18]。MOLM-13可通过DSMZ细胞库购得，由于MOLM-13细胞具有fms样酪氨酸激酶3内部串联重复(FLT3-ITD)突变。因此，目前较多应用于FLT3-ITD抑制剂的相关研究中，Man等[21]和Lin等[22]利用MOLM-13细胞系分别研究了索拉非尼(sorafenib)在治疗FLT3-ITD阳性AML中的耐药机制及新型选择性FLT3抑制剂BPR1J-340的作用机制，Zimmerman等[23]还利用sorafenib耐药的MOLM-13细胞株研究了新型酪氨酸激酶抑制剂crenolanib对其耐药的逆转作用。虽然MOLM-13是作为MDS转白后的细胞系报道，但根据2008年WHO血液肿瘤分类标准，该系细胞具有AML可重现性的分子生物学异常MLL-AF9融合基因，并具有AML常见且提示不良预后的FLT3-ITD基因突变，因此，该细胞系目前更多应用于AML的研究中。
MUTZ-8细胞系建立于1994年，来自1例63岁女性患者的外周血，该患者有25年MDS病史并接受了2年阿糖胞苷治疗，1994年6月进展为AML-M4，由于化疗效果不佳死于1995年2月。该系细胞需依赖含5637细胞上清的条件培养基悬浮生长，胞质轻度嗜碱性，可见双核及多个核仁。免疫表型表达CD13、CD15、CD33、CD65、CD68、MPO、CD11a/b/c、CD54、CD14、CD41、CD42b、CD32、CD64，CD34、CD38、HLA-DR，不表达T、B细胞标志，符合髓系来源表型，此外，表达GM-CSF受体CD116、IL-3受体CD123、SCF受体CD117。该系细胞遗传学特征为86-88<4n>XXXX，der(5)t(5；11)(q21；q10)×2，–7，–7，–11，der(11；12)(p10；q10)，–16，der(17)t(10；17)(q11；q24)dup(17)(p13pter)×2。荧光原位杂交(FISH)检测发现该系细胞有5q31断裂点。EBV、人类免疫缺陷病毒(HIV)、人类T细胞白血病病毒Ⅰ/Ⅱ型(HTLV-Ⅰ/Ⅱ)等病毒检测均为阴性。G-CSF、GM-CSF、IL-3、SCF均能促进MUTZ-8细胞增殖，而转化生长因子-β1(TGF-β1)，肿瘤坏死因子(TNF)-α、TNF-β明显抑制MUTZ-8细胞增殖[19]。MUTZ-8细胞系不仅有详细的细胞种属特异性、表型特征、遗传学特征、病毒检测等生物学描述，且有5号染色体的CDR区异常，可通过DSMZ细胞库购得。但该细胞系应用的报道较少，仅有该系的建立者在2006年[24]、2008年[25]利用MUTZ-8细胞系进行JAK2 V617F络氨酸激酶突变及其抑制剂的研究报道。
MDS细胞系建系过程中较常遇见的两个问题是细胞系间交叉污染和非恶性细胞污染。细胞系间交叉污染(cross-contamination of cell lines)是人白血病/淋巴瘤细胞系建系过程常见的问题，Drexler等[26]曾对550个人白血病/淋巴瘤细胞系进行DNA指纹图谱分析，发现其中14.9%的细胞系来自其他已建系细胞，如1984年报道的MDS转白后细胞系P39/Tsugane[27]实际为AML M2细胞系HL-60。同样的还有MDS转白前细胞系MDS[28]、PC-MDS[29]，MDS转白后细胞系MUTZ-1[30]实际分别为Jurkat、K-562和Namalwa。发生细胞间交叉污染的主要原因一是在建系过程中由于操作失误或混用细胞培养用具造成某种具有生长优势的已建系细胞混入原代培养细胞后将其替代，二是建系后在后续传代过程中或细胞在多个实验室间转运传代过程中混入另外一种具有生长优势的建系细胞将其替代。因此，无论是在建系过程中还是建系后的传代过程中，尤其是同时操作多种不同细胞系时应将细胞培养用具分开使用，使用来自其他实验室的细胞系前应先进行简单的遗传学和种属特异性检查。
MDS细胞系建系的另一个常见问题是来自同一患者的正常旁观者细胞永生化(immortalization of normal bystander cells)，这也是细胞系建系过程中最为棘手的问题。目前已知的可以将人造血淋巴系统正常细胞转化为永生化细胞的病毒主要有EBV、人类疱疹病毒8(HHV-8)和HTLV-I。建系过程中最常见的是由EBV感染正常B细胞形成的B淋巴母细胞(B-LCL)。EBV于1964年首先在非洲地区性流行Burkitt淋巴瘤中发现，属于疱疹病毒科γ亚科双链DNA病毒，其感染遍布世界各地，尤其在发展中国家，EBV感染通常发生在5岁前，成人感染率可达98%，多表现为亚临床感染，病毒可潜伏在记忆B细胞内，终生携带。EBV在体外可感染静止状态正常B淋巴细胞，使约10%的细胞转化成可持续传代的永生化细胞系，即EBV＋B-LCL。MDS细胞系建系过程中，EBV＋B-LCL建系成功率要远高于真正的MDS细胞系。然而，由于MDS克隆起源的复杂性，部分学者认为存在"MDS来源的淋巴样细胞系(lymphoid MDS-derived cell lines)"[31]，这些细胞具有淋巴细胞特征，如前B细胞、B细胞或T细胞，同时还有MDS相关的遗传学和分子生物学特征。因此，对于表现淋巴细胞特征来源MDS患者的细胞系需要进行更为细致的种属特异性和细胞生物学特性鉴定，以确定细胞确实来自MDS克隆，而非永生化的非恶性细胞污染。
MDS作为一种高度异质性的疾病，其诊断和治疗较其他血液肿瘤，如原发急性白血病、淋巴瘤等更为复杂，虽然其诊断分型历经数十年演变，但仍以形态学为主，相比其他髓系肿瘤，对MDS的细胞遗传学和分子生物学本质认识仍十分有限，缺乏合适的细胞模型是造成对MDS研究困难的重要原因之一。虽然目前已有十余种不同类型的MDS动物模型[32]，但由于MDS的发生及演变过程是一个多步骤累及多基因的复杂病理过程，很难用某一特定动物模型模拟出该疾病的所有表型特征，此外，MDS动物模型基本都是建立在已知的特定分子改变基础上，对探索MDS具有广泛异质性和新的发生演变机制具有一定局限性，而源于人的MDS细胞系则是对这些局限的很好补充和完善。然而，MDS细胞系建系成功率极低且难以长期维持，尤其是转白前的MDS细胞系，因此，建立更多处于疾病不同阶段和亚型的人MDS细胞系对研究MDS发生、演变机制及药理学研究，推动MDS的诊断、治疗和预后判断具有重要价值。
