【Diseases】Functional Characterization of POLE1 Variant Fibroblasts Reveals Replication Stress and Increased Sensitivity to Genotoxic Stress
POLE1变异体成纤维细胞的功能特征揭示了复制应激和对遗传毒性应激的敏感性增加

研究背景

DNA聚合酶ε（POLE1）是DNA复制过程中前导链合成的主要酶，兼具聚合酶活性和校对核酸外切酶活性，对维持基因组稳定性至关重要。POLE1 的突变与疾病密切相关：双等位基因功能缺失性变异可导致以生长受限、肾上腺及骨骼异常、颅面畸形及免疫缺陷为特征的发育综合征；外切酶结构域错义突变则增加肿瘤易感性。

POLE1 变异与较高的肿瘤风险有关，其双等位基因功能缺失性变异对非恶性细胞功能的影响尚不清楚，然而此类患者仍可能接受放疗，因此有必要系统评估其对电离辐射和DNA交联剂的敏感性。

作者单位：德国埃尔朗根-纽伦堡大学FAU医学院放射肿瘤科
期刊：Diseases
发表年份：2026年
样本：POLE1 变异患者来源原代成纤维细胞、健康对照成纤维细胞（SBLF-24、SBLF-7）
分析设备：德国innoME，zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统

研究方法

来自复合杂合 POLE1 变异患者（携带 c.51dup 和 c.2026+3G>T 两个未报道变异）的原代成纤维细胞为实验组，两株健康供体成纤维细胞为对照，评估其对基因毒性应激的细胞反应。通过克隆形成、划痕愈合、流式细胞术、免疫荧光及 FISH 等多种实验方法，系统评估细胞的辐射敏感性、迁移能力、细胞周期分布、细胞死亡、衰老相关 β-半乳糖苷酶活性、DNA损伤修复能力及染色体断裂情况。

结果表明，尽管 POLE1 蛋白表达可被检测到，但其变异细胞仍表现出辐射后克隆存活降低、染色体不稳定性增加、细胞周期分布改变及衰老相关特征增强，支持其存在复制应激相关的细胞表型。

体外细胞增殖实验：将细胞以每孔 30,000 个的密度接种于 24 孔板，采用德国innoME公司的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，以每小时 1 次的频率自动采集图像，持续监测 10 天。细胞贴壁24小时后加入顺铂（22 μM），3 小时后进行 2 Gy 或 5 Gy 照射，通过 zenCELL owl系统自动记录细胞汇合度并生成生长曲线，计算倍增时间（图1），评估 POLE1 变异对成纤维细胞增殖动态的影响。zenCELL owl自动记录细胞的汇合度并生成生长曲线。

图 1.不同处理对 SBLF-24 和 POLE1 成纤维细胞增殖及倍增时间的影响

      左图为细胞汇合度生长曲线，右图为倍增时间柱状图，蓝色为对照组，红色为加入顺铂组，绿色为加入 2 Gy 放疗组，深绿色为加入 5 Gy 放疗组，黄色为顺铂联合 2 Gy 放疗组，棕色为顺铂联合 5 Gy 放疗组

细胞划痕迁移实验：在 24 孔板中放置 ibidi 细胞划痕插件，每孔接种 50,000 个细胞；培养 44-48 小时至细胞长满，移除插件，形成统一的划痕区域。加入新鲜培养基和顺铂孵育 3 小时后，给予 2 Gy 照射，随后采用德国innoME公司的 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统进行监测，以每小时 1 次的频率自动采集图像，直至对照组划痕完全愈合（图2、图3）。

图 2. POLE1 成纤维细胞的划痕迁移实验
左图（对照）红色轮廓为初始划痕区域（0.6 mm²），右图显示 52 小时后伤口完全闭合

图 3. 不同处理方式 52 小时后， SBLF-24、SBLF-7 和 POLE1 成纤维细胞划痕面积定量分析
蓝色为对照组，红色为顺铂组，绿色为2 Gy 放疗组，黄色为顺铂联合 2 Gy 放疗组

研究结论

本研究首次对患者来源的 POLE1 双等位基因变异成纤维细胞进行了系统的功能表征，提示 POLE1 变异可能影响细胞对DNA损伤治疗的响应，需要指出的是，本研究仅基于单例患者来源细胞系且缺乏同基因修复模型，结果应视为探索性发现，有待进一步验证。

zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统

相较于现有方法的系统，活细胞动态成像设备如来自德国innoME公司的 zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，可实现无标记、非侵入、培养箱内原位记录细胞实时生长状态，输出图片、视频、细胞数量，并绘制细胞的汇合度曲线、生长曲线和迁移率曲线。

核心特点：

• 24 高通量并行成像：24 组独立的光源、镜头和相机，同时监测 24 个细胞样本/视野，可实现各种自定义的多组对比实验，如 3 个重复 ×8 个分组；单台电脑可同时控制 6 台设备，满足高通量筛选需求；

• 培养箱内长时间运行：外形尺寸18 cm×10.5 cm×18 cm，体型小巧，可置于培养箱的任意隔层，不影响其他细胞实验；24×7 小时不间断监测，无需人工值守；

• 性能稳定数据可靠：整机无任何机械位移，避免机械误差和抖动；无机械疲劳，避免 XY 轴的图像位移偏差和 Z 轴反复移动的脱焦问题，保证视野固定和数据连续稳定，实验结果重复性高；

• 自动输出定量数据：设备自动记录细胞图片，生成动态视频，输出细胞汇合度、细胞数量、细胞生长曲线等；

• 开放兼容极简操作：兼容各品牌细胞培养板/瓶/皿，无需专用耗材；软件界面简洁，全自动运行；

• 封闭设计方便消杀：一体化构造，外表面无清洁死角，可整机酒精消毒；内部无机械移动部件，无需风扇开口散热降温，有效降低仪器内滋生细菌、污染培养细胞，避免水蒸气、弱酸蒸汽进入设备腐蚀内部电子器件。

应用方向：

• 细胞增殖/增殖抑制：药物/化合物筛选，细胞毒理研究，细胞因子/基因编辑对增殖的影响

• 细胞划痕/迁移实验：肿瘤侵袭，伤口愈合，药物对细胞迁移能力的影响研究

• 活细胞行为观测：细胞吞噬/杀伤、细胞凋亡、病毒侵染细胞、细胞形态变化、干细胞分化等过程观测

• 细胞培养质控与条件优化：接种密度、培养基、血清、培养环境的标准化与参数优化

• 3D模型监测：肿瘤球、类器官形成、生长、药物响应的长时程动态追踪

• 其它动态监测：神经突触的形成、血管的形成、胚胎的分裂、心肌细胞的搏动等