THP-1 细胞系是从一名患有急性单核细胞白血病的 1 岁小男孩的外周血中分离得到的[1]，自 1980 年建系以来，THP-1 细胞被广泛用于单核细胞和巨噬细胞相关的机制、信号通路以及营养和药物运输等研究中。
相对于 U937、HL-60、ML-2 等白血病细胞系，THP-1 更有类似人原代单核细胞的形态和功能特征（包括细胞分化标记）。相对于人外周血单核细胞（PBMC），THP-1 更易在实验室中培养和扩增，且具有更稳定的基因背景，不存在 PBMC 的个体差异性问题，利于实验结果的重现[2]。因此，THP-1 是各大实验室常用的急性单核细胞白血病细胞系，是研究免疫和炎症的理想工具。
THP-1 的应用
巨噬细胞分化与炎症模型
THP-1 可以被佛波酯（PMA）诱导分化为巨噬细胞，并通过脂多糖（LPS）和 IFN-γ 诱导 M1 极化、通过 IL-4 & IL-13 和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）诱导 M2 极化，并释放相应的细胞因子。在氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）的作用下，巨噬细胞可进一步形成泡沫细胞，这是动脉粥样硬化斑块内出现的特征性病理细胞，是一种粥样硬化慢性炎症模型。
THP-1 与 CRISPR/Cas9 技术相结合
有助于免疫和炎症的疾病研究
THP-1 是一种近四倍体的悬浮细胞，常规的基因编辑方法在 THP-1 中阳性率很低。由于 CRISPR/Cas9 易于构建、效率较高和在人细胞中的毒性较低，在基因编辑应用中备受青睐。
① 使用 CRISPR/Cas9 构建 THP-1 基因敲除模型，发现与巨噬细胞清除病原体的关键基因。
巨噬细胞的吞噬体酸化是其清除病原体的必需步骤，吞噬体酸化与巨噬细胞的代谢以及营养物质转运息息相关，而代谢物的转运与溶质运载蛋白（SLC）密不可分。
通过 CRISPR/Cas9 技术在 THP-1 细胞敲除 SLC 家族中的碳酸氢盐转运体 SLC4A7，吞噬体的酸化能力降低，从而其胞内的杀菌能力也相应降低。进行野生型 SLC4A7 回补后，则增强了吞噬体酸度。这表明巨噬细胞中 SLC4A7 介导的、碳酸氢盐驱动的对细胞质 pH 的维持和对吞噬体酸化至关重要[3]。
图 1 Sedlyarov V, Eichner R, Girardi E, et al [3]
CRISPR-U 可以通过核转染法十倍高效地将 gRNA 和 Cas9 转入 THP-1 细胞中，药筛完成后挑选单克隆培养。选择不同的克隆分别进行靶位点扩增及测序验证，筛选出基因敲除的阳性克隆。源井生物「基因敲除细胞模型」仅 1.28 万元，失败退款。
② 使用 CRISPR/Cas9 与 THP-1 细胞，构建慢性肉芽肿病（CGD）疾病模型，有助于开发更有效的疾病治疗方法。
慢性肉芽肿病（CGD）是一种罕见的 X 连锁的遗传病，由于机体的 CYBB 基因发生突变或缺失，导致巨噬细胞缺乏烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（NADPH）氧化酶，无法产生过氧化氢来有效杀灭入侵的微生物，这通常会导致细菌和真菌等微生物引起的严重反复感染。
有研究者利用 CRISPR/Cas9 技术，在 THP-1 细胞中进行 CYBB 基因的敲除和点突变 c.90C > G（该点突变曾在一例 CGD 患者中被发现），成功构建了首个 CGD 的细胞模型。
对比野生型的 THP-1 细胞，CGD 的细胞模型在经过 PMA 和 LPS 诱导后均出现了 H2O2 水平降低，同时 IL-1β、TNF-α 和 IL-6 释放量的明显上升，这与 CGD 疾病中巨噬细胞的表现一致。这种新的 CGD 细胞模型为疾病研究提供了强有力的工具，将有助于开发更高效的治疗方法，从而改善患者的生活质量[4]。
图 2 Benyoucef A, Marchitto L, Touzot F .[4]
CRISPR-U 可以通过核转染法高效地将 CRISPR/Cas9 以及 ssODN 共转入 THP-1 细胞中，药筛完成后挑选单克隆培养。选择不同的克隆分别进行靶位点扩增及测序验证，筛选出点突变的阳性克隆。
③ 通过建立基因敲除和敲入的 THP-1 细胞模型，明确胞内抗病毒反应的信号通路。
DNA 通常定位于细胞核中，而异常定位在胞浆中的 DNA 与通常与病毒感染或肿瘤发生有关。cGAS-cGAMP-STING 信号通路可检测胞浆 dsDNA 的存在，并诱导强效的免疫反应，产生干扰素和激活其他免疫应答基因。
有时候胞浆内会出现 RNA 和 DNA 的杂交复合物，这种分子通常在某些病毒感染的情况下出现。为了研究这种 RNA-DNA 复合物是否通过这个通路激活免疫应答，研究者首先构建了 MAVS、cGAS、STING 敲除的 THP-1 细胞，分别将 dsDNA、pppRNA、RNA-DNA 复合物导入细胞，发现 RNA-DNA 复合物是通过 cGAS-cGAMP-STING 通路进行免疫激活。
图 3 Mankan A K, Schmidt T, Chauhan D, et al . [5]
随后，研究者通过 CRISPR/Cas9 技术将 2A-GLuc 敲入到 IFIT1 基因座，使其受 IFIT1 的启动子驱动表达，IFIT1 是一个典型的干扰素激活表达的基因。后续实验显示，导入 RNA-DNA 复合物后，由于干扰素的表达，激活了 IFIT1 启动子驱动 GLuc 的表达。
这些结果进一步证明了胞浆的 RNA-DNA 复合物是通过 cGAS-cGAMP-STING 信号通路激活免疫反应，为抗病毒研究提供了思路[5]。CRISPR-U 可以通过使用通过核转染法高效地将 gRNA、Cas9 和 Donor 共转入 THP-1 细胞中，进行药筛，药筛完成后挑选单克隆培养。选择不同的克隆分别进行靶位点扩增及测序，筛选出敲入纯合的阳性克隆。
图 4 Mankan A K, Schmidt T, Chauhan D, et al.[5]
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[1] Tsuchiya S, Yamabe M, Yamaguchi Y, et al. Establishment and characterization of a human acute monocytic leukemia cell line (THP‐1)[J]. International journal of cancer, 1980, 26(2): 171-176.
[2] Chanput W, Mes J J, Wichers H J. THP-1 cell line: an in vitro cell model for immune modulation approach[J]. International immunopharmacology, 2014, 23(1): 37-45.
[3] Sedlyarov V, Eichner R, Girardi E, et al. The bicarbonate transporter SLC4A7 plays a key role in macrophage phagosome acidification[J]. Cell host & microbe, 2018, 23(6): 766-774. e5.
[4] Benyoucef A, Marchitto L, Touzot F. CRISPR gene-engineered CYBBko THP-1 cell lines highlight the crucial role of NADPH-induced reactive oxygen species for regulating inflammasome activation[J]. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2020.
[5] Mankan A K, Schmidt T, Chauhan D, et al. Cytosolic RNA: DNA hybrids activate the cGAS–STING axis[J]. The EMBO journal, 2014, 33(24): 2937-2946.
文章来源：源井生物
图片来源：参考文献、源井生物
题图来源：图虫创意
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