引言

HMC3 細胞，亦稱為「人類小膠質細胞克隆 3」、「CHME-3」或「CHME3」，是神經科學研究中最廣泛使用的人類小膠質細胞系之一。 該細胞系由 Janabi、Peudenier、Héron 及其同事於 1995 年建立，是透過 SV40 大 T 抗原依賴性永生化技術，將人類胚胎腦源性巨噬細胞轉化而來。[1] HMC3 細胞保留了小膠質細胞的核心特徵，包括離子化鈣結合適應分子 Iba-1 的構備性表達，以及由干擾素-γ 誘導的 MHC II 類抗原表達。[2] [3] 作為中樞神經系統的常駐先天免疫細胞，小膠質細胞是神經發炎性疾病、阿茲海默症及其他神經退化性疾病的重要介導者。 因此，HMC3 細胞可作為一個易於操作的人體體外平台，用於研究小膠質細胞活化、神經保護劑、病毒性神經感染，以及膠質母細胞瘤的腫瘤微環境。

重點摘要

• HMC3 細胞是經由 SV40 大 T 抗原轉染而獲得的不死化人類胎兒腦小膠質細胞。
• 該細胞系會持續表達 Iba-1，並在受到干擾素-γ 刺激時上調 MHC II 類分子；關於 CD14、CD11b 及 CD68 的表達報告因實驗室而異，應針對每批樣品分別進行驗證。
• HMC3 細胞是研究神經發炎性疾病、阿茲海默症及神經退化性疾病的廣泛應用之體外模型。
• 該細胞系易受多種神經嗜性病毒的感染，包括茲卡病毒、博納病病毒 1 型、基孔肯雅病毒及鼻病毒。
• HMC3 細胞會持續表達 NOX4 並產生活性氧，因此與氧化壓力研究密切相關。
• 該細胞系已應用於膠質母細胞瘤腫瘤微環境研究、藥物藥理學以及生物材料支架研究。
• 白細胞介素-1β——無論是單獨使用或與干擾素-γ併用——是此細胞系中最有效的發炎刺激因子；對脂多醣（LPS）的反應相對溫和，而腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和一氧化氮則幾乎未見。

什麼是 HMC3？

HMC3（Cellosaurus 存檔編號 CVCL_II76）是一種源自妊娠週數為 8–10 週胚胎胎腦的轉化人類小膠質細胞系。捐贈者的性別未經指定。 捐贈者未患有任何疾病。該細胞系由 Janabi 及其同事於 1995 年建立，方法是將編碼 SV40 大 T 抗原的質體轉染至原代胚胎腦巨噬細胞培養物中，由此產生了四條連續的小膠質細胞系，其中第 3 號克隆被最廣泛地採用。[1] 經轉化後的細胞保留了巨噬細胞的特徵，例如黏附性及非特異性酯酶活性，並能吞噬麩質多糖顆粒，儘管其吞噬活性仍偏低。這些細胞會自發性地產生白細胞介素-6，且在受到白細胞介素-1α刺激後，其產量會進一步增加。[1] Dello Russo 及其同事於 2018 年進行的一項全面性系統性文獻回顧，彙整了此克隆的現有特徵分析數據，並釐清了一個重要的混淆點：同一條細胞系曾以 CHME3、C13-NJ 及 CHME-5 等名稱流通。[3] 該評論得出結論，無論採用何種名稱，這些細胞均具有相似的抗原性與功能特徵，應被視為同一實驗模型——同時亦提醒，發現市面上流通的數份 CHME-5 分裝樣本存在與大鼠膠質瘤細胞的交叉污染。 經 ATCC 認證的 HMC3（ATCC CRL-3304）母株則不存在此類歧義。

HMC3 細胞培養資訊

HMC3 細胞對基礎培養基的選擇具有較強的適應性：它們已成功在 EMEM、MEM 及 DMEM:Ham's F12 培養基中維持生長，上述培養基均添加了 10% 的血清。[3] 然而，這種選擇在表型上並非中立。Dello Russo 及其同事指出，與 EMEM 相比，在 MEM 或 DMEM:F12 培養基中生長的細胞，其基礎活性氧產量明顯較低，這表明其靜息表型活化程度較低。[3] 因此，研究人員在比較不同實驗室的數據時，應在記錄傳代次數的同時，一併記錄所使用的培養基。

HMC3 細胞的優勢

在目前難以取得足量原代人類小膠質細胞以進行大規模研究的背景下，HMC3 細胞提供了一個獨特且易於取得的人類小膠質細胞模型。 該細胞系以貼壁方式生長，且養殖過程簡便。關鍵在於，這些細胞會持續表達 Iba-1，在干擾素-γ 刺激下會上調 MHC II 類分子，並且——在經 ATCC 認證的母株中——會轉錄近期才被闡明的微膠細胞標誌基因 CX3CR1、CSF1R、 P2RY12 及 TMEM119 進行轉錄，為原代人類小膠質細胞提供了經生物學驗證的替代模型。[2] [3] 這些特性使 HMC3 細胞成為研究神經發炎性疾病作用機制的廣泛應用平台，此類研究需要具備可重現性、可擴展性且完全來自人類的細胞材料。

HMC3 細胞的另一項優勢在於其對一組特定發炎刺激的反應性。 誘導白細胞介素-6最有效的因子是白細胞介素-1β，它能將基礎釋放量提高多達五十倍，並與干擾素-γ產生協同作用；而脂多醣（LPS）和澱粉樣β肽則會引發較為溫和且取決於濃度的增加。[3] 這種分級且可重複的反應曲線，使得能夠進行濃度依賴性及時間過程實驗，而這在原代細胞製備中往往難以實現。 它們對促炎和抗炎刺激（包括雷帕霉素和德美沙多明等藥理學製劑）的反應性，進一步擴展了其在藥物藥理學及神經保護劑篩選中的應用價值。[4] [5] 這些細胞亦易受多種神經嗜性病毒感染，因而擴大了其在神經感染學研究中的應用範圍。

HMC3 細胞的局限性

作為一種轉化細胞系，HMC3 細胞攜帶 SV40 大 T 抗原，該抗原雖賦予細胞不朽性，但相較於原代小膠質細胞，亦改變了細胞生物學的某些方面。 Li 及其同事報告了出乎意料的 NOX 同工型表達模式——NOX4 豐富，但幾乎沒有 NOX2 mRNA——這與原代小膠質細胞形成對比，並限制了該細胞系作為 NOX2 介導的呼吸爆發模型的實用性。[2] [3] 因此，研究人員在得出廣泛的機制性結論之前，應先確認該研究中的特定路徑是否已在此細胞系中準確重現。

另有三項限制因素值得關注。首先，發炎介質的清單並不完整： HMC3 細胞僅分泌極微量的抗炎細胞因子 IL-10（濃度約為數 pg/ml），無論在自發狀態或經促炎活化後，所產生的 TNF-α 皆極少或完全沒有；且其 IL-6 水平因 NOX4 依賴性活性氧的驅動而持續處於升高狀態。[2] [3] 其次，與嚙齒類動物的小膠質細胞形成鮮明對比的是，靜息狀態的 HMC3 細胞並不表達 iNOS，且在以 LPS、LPS 搭配干擾素-γ、IL-1β 或 TNF-α 進行刺激後，既未觀察到 iNOS 的誘導，也未觀察到可測量的亞硝酸鹽積累。[3] 因此，以一氧化氮軸為核心的研究難以透過此模型得到充分闡述。

第三，該細胞系是從胎兒腦組織建立而來，這意味著其轉錄與功能特徵可能有別於與晚年神經退行性疾病相關的成人發病期小膠質細胞狀態。 研究人員在建模成人阿茲海默症或帕金森氏症時，應在可行情況下，將 HMC3 衍生的數據與互補的成人原代或 iPSC 衍生的小膠質細胞系統一併解讀。 最後，關於表面標記特徵的報告並未完全一致：Li 及其同事描述了恆定的 Iba-1 和 CD14，以及由干擾素-γ 誘導的 CD11b、CD68 和 MHC II 類分子，[2] Janabi 及其同事最初所提出的特徵描述[1] 此外，Dello Russo 及其同事針對 ATCC CRL-3304 所報告的流式細胞術數據顯示，靜息細胞為 CD14 及 CD11b 陰性，且這兩種標記均不會因干擾素-γ 而被誘導。[3] 抗體克隆、培養基及傳代次數都會影響這些檢測結果，且一般而言，連續系在連續傳代過程中會發生基因漂變；標記基因的表達應由實驗室內部確認，而非僅憑假設。

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HMC3 細胞的應用

神經發炎與小膠質細胞活化

神經發炎性疾病的研究是 HMC3 細胞最為廣泛發展的應用領域。Li 及其同事證實，HMC3 細胞會持續表達 NOX4，此機制會驅動活性氧的持續產生以及 IL-6 的持續表達——這項發現使這些細胞成為慢性、低度神經發炎的模型。 [2] 這種持續性的炎症狀態反映了神經退行性疾病中觀察到的微膠細胞預激活現象，為干預研究提供了相關的基準。

Baek 及其同事的一項具影響力的研究，利用 RNA 定序技術探討了 HMC3 細胞中 BET 溴結構域的抑制作用。[6] 作者證實，BET 抑制劑 JQ1 可減弱 LPS 活化的 HMC3 細胞所產生的發炎與遷移反應，並闡明了其作用機制： LPS 會誘導轉錄因子 IRF1，該因子直接調控趨化因子、細胞因子、干擾素刺激基因及與遷移相關的基因；而 JQ1 則顯著降低了 IRF1 及其靶基因的表達。敲低 IRF1 亦能重現此效果，並抑制小膠質細胞的遷移。 [6] 此項研究確立了BET–IRF1軸作為人類小膠質細胞神經發炎中的可成藥標靶，並證實HMC3細胞適合作為機制層面的藥理干預研究模型。

研究人員亦在此細胞系中檢測了線粒體損傷相關分子模式。 Nasi 及其同事發現，以線粒體 DNA 和心磷脂進行刺激雖會增加 HMC3 細胞內的氧化壓力，卻顯著未能觸發典型的促發炎反應：HLA-DR 表達未上調，且 TNF-α 與 IL-6 的分泌量均未增加。 [7] 作者將此現象解釋為一種可能的內源性調節機制，用以限制小膠質細胞的活化。 另一方面，Cappoli 及其同事指出，當 HMC3 細胞受到干擾素-γ／IL-1β 混合物活化時，mTOR 抑制劑雷帕霉素竟會悖論性地增強 IL-6 的表達與釋放，同時卻減少活性氧的產生——這挑戰了關於雷帕霉素在人類腦內駐留免疫細胞中具有抗炎作用的假設。 [4] 這些研究共同證實，HMC3 細胞是剖析神經發炎疾病背後分子路徑的一種敏感且與人類相關的系統。

阿茲海默症與神經退化性疾病模型

HMC3 細胞已成為建模小膠質細胞在阿茲海默症中作用的重要工具。 Lindberg 及其同事早先針對此克隆（當時命名為 CHME3）進行的一項特性分析研究證實，新鮮溶解的澱粉樣蛋白 β(1–40) 會導致 IL-6 釋放量呈現劑量依賴性增加，同時細胞存活率也呈現劑量依賴性下降。 [8] α-黑色素細胞刺激激素並未改變β-澱粉樣蛋白誘導的 IL-6 反應，但會以劑量依賴性方式提高基礎 IL-6 釋放量，此效應被歸因於黑色素皮質素受體亞型 MCR3 或 MCR5。 [8] 這項研究證實，HMC3 細胞可作為研究澱粉樣β肽與微膠質細胞炎症反應之間關係的實用平台，而此關係正是阿茲海默症病理機制的核心。

González-Prieto 及其同事針對阿茲海默症中的 CX3CR1（神經元趨化因子 CX3CL1 的唯一受體）進行了研究。 [9] 在 5xFAD 小鼠的大腦皮質及人類阿茲海默症腦組織樣本中，CX3CR1 的表達量均有所增加；而施用去甲腎上腺素再攝取抑制劑雷博西汀（reboxetine）則在體內進一步提高了其表達量。 相較之下，將去甲腎上腺素直接作用於 HMC3 細胞及原代大鼠小膠質細胞，則會抑制 CX3CR1 的生成。 [9] 作者結論指出，在缺乏產生 CX3CL1 的神經元或其他非小膠質細胞因子時，小膠質細胞對去甲腎上腺素的反應可能會發生改變——這是一個極具啟發性的例子，展示了 HMC3 細胞如何能分離出細胞自主反應，並藉此揭示更廣泛組織環境所發揮的作用。

李及其同事針對德美沙多明（dexmedetomidine）所進行的研究，利用 LPS 和 ATP 刺激的 HMC3 細胞作為與阿茲海默症相關的 NLRP3 炎性小體驅動神經發炎模型。 [5] 德美沙多米定透過 c-Fos/NLRP3/caspase-1 級聯反應抑制 IL-1β 和 IL-18 的釋放，從而闡明了人類小膠質細胞中一種機制上嶄新的抗炎軸。 HMC3 細胞亦被用作研究小膠質細胞對含植物雌激素之植物萃取物所產生極化反應的模型，進一步拓展了其在神經退化性疾病藥物開發中的應用價值。[10] [11]

病毒學與中樞神經系統感染

鑑於 HMC3 細胞源自人類，且作為中樞神經系統中微膠細胞第一道防線的模型，已證實其在研究病毒性神經感染方面具有極高的多功能性。 Martinez Viedma 與 Pickett 利用一套包含 84 個先天及適應性免疫基因的基因組分析面板，比較了 HMC3 小膠質細胞與 JEG-3 胎盤細胞對茲卡病毒感染的宿主反應，並於感染後 24 小時及 72 小時進行檢測。 [12] 這兩種細胞類型展現出截然不同的差異表達基因集，通路分析顯示，微膠細胞中的 TLR7/8 訊號傳導受到抑制，而在胎盤細胞中則被活化——此一差異隨後透過 siRNA 實驗進行了深入探究。 該研究確立了 HMC3 細胞作為中樞神經系統病毒學中宿主-病原體轉錄組學研究的合適平台。

張及其同事利用感染了BoDV-1的HMC3細胞，證明miR-146a透過抑制IRAK1/TRAF6/NF-κB先天免疫訊號傳導軸，從而促進病毒複製。 [13] 這一發現為高度神經嗜性 RNA 病毒如何逃避免膠質細胞的抗病毒反應提供了機制上的見解。 在另一項感染模型中，Angel-Ambrocio 及其同事首度證實，人類鼻病毒可在 HMC3 細胞內完成其完整的病毒週期，從而確立小膠質細胞是鼻病毒相關中樞神經系統併發症的潛在細胞儲存庫。 [14] 該細胞系亦能支持基孔肯雅病毒的複製，且在感染後 72 小時內病毒活性並無顯著喪失。[19]

Sharma 及其同事利用病毒覆蓋蛋白結合試驗、LC-MS/MS 蛋白質體學、siRNA 敲低及共免疫沉澱等技術，在微膠細胞 CHME-3 細胞（HMC3 的同義詞）中，鑑定出禁止素 1/2（prohibitin 1/2）是登革熱病毒第 3 血清型的一種假定進入受體。 [15] 值得注意的是，在神經元 SH-SY5Y 細胞中觀察到相同的依賴性，但在星形膠質細胞 U-87 MG 細胞中則未見此現象，這表明該入侵途徑具有細胞類型特異性。 綜上所述，這些病毒學研究強調 HMC3 細胞作為研究神經嗜性病毒病理機制與免疫逃逸策略的、廣泛適用的人類小膠質細胞模型之重要性。

膠質母細胞瘤腫瘤微環境

HMC3 細胞已被用作膠質瘤相關小膠質細胞的模型，以研究膠質母細胞瘤腫瘤細胞如何利用小膠質細胞的發炎表型。 Li 及其同事證實，將替莫唑胺耐藥性膠質母細胞瘤細胞與 HMC3 細胞共培養，可促進 HMC3 細胞向 M2 型極化，並增加促腫瘤性細胞因子 TGF-β 和 IL-6 的分泌。 [16] 這種極化現象與長鏈非編碼 RNA（lncRNA）SNHG15/miR-627-5p/CDK6 迴路相關，而在源自患者的異種移植模型中，CDK4/6 抑制劑帕博西利（palbociclib）不僅降低了 M2 標記物的表達，同時還克服了替莫唑胺的抗藥性。

這些發現使 HMC3 細胞成為研究小膠質細胞對免疫抑制性膠質母細胞瘤腫瘤微環境貢獻的重要人類模型。 利用 HMC3 細胞在體外模擬小膠質細胞與膠質母細胞瘤之間的相互作用，為識別能同時解決腫瘤細胞耐藥性與免疫逃避的治療靶點，提供了一個可操作的系統。[16]

神經保護劑與藥物藥理學

HMC3 細胞已被廣泛用於篩選神經保護劑，並闡明其作用機制於人類小膠質細胞中的特性。 Martínez Leo 與 Segura Campos 評估了西班牙鼠尾草（Salvia hispanica）種子中肽分餾物在 HMC3 細胞中的神經保護活性，發現 1–3 kDa 分餾物可將活性氧的產生減少 51.3%，並降低一氧化氮、 TNF-α 及 IL-6 的釋放，整體保護效果達 79.0%。[17] 此類研究說明了 HMC3 細胞如何能實現針對食物來源生物活性化合物的快速且與人類相關的篩選。

Ma'arif 及其同事利用 HMC3 細胞進行了兩項相關研究，以評估源自 Marsilea crenata 葉片的植物性雌激素。 正丁醇分餾物降低了干擾素-γ 活化細胞中 MHC II 類分子的表達，這與抑制經典 M1 活化相符，儘管所報告的劑量-反應關係並非單調。 [10] 96% 乙醇萃取物增加了 M2 標記物「精胺酶-1」的表達；同一項研究指出，在 125 和 250 ppm 濃度下，活化的雌激素受體 β 表達有所下降，此結果與該論文的標題存在矛盾，應視為尚未釐清的問題。 [11] 這兩項研究均利用 HMC3 細胞中已充分闡明的干擾素-γ 極化協議，以探究植物雌激素在閉經後神經發炎中的潛在神經保護作用。

在生物材料與組織工程領域，Venkateswarlu 及其同事利用電紡絲支架基質上培養的活體 HMC3 細胞，開發出一套運用雷射掃描共焦顯微鏡觀察胞質鈣離子振盪的即時體積成像工作流程。 [18] 這項研究將 HMC3 細胞的應用範圍從傳統藥理學拓展至新一代生物材料測試，彰顯了該細胞系在神經科學研究中各種技術情境下的多功能性。

結論

HMC3 細胞（人類小膠質細胞克隆 3）已確立其作為神經發炎性疾病、阿茲海默症、神經退化性疾病、中樞神經系統病毒學、膠質母細胞瘤腫瘤微環境研究以及神經保護劑發現之體外模型基石的地位。 該細胞系源自人類胎兒腦組織，並透過 SV40 轉染實現永生化，能表達關鍵的小膠質細胞標記物，並對特定範圍的發炎、藥理及感染性刺激產生反應。 Baek 及其同事進行的 BET 抑制劑研究等，已證實該細胞系在識別人類小膠質細胞神經發炎中的可藥物靶點方面具有強大能力。 從活性氧及 NLRP3 炎性小體訊號傳導的基本機制研究，到植物來源神經保護劑的應用篩選以及基架型生物材料的測試，HMC3 細胞展現出非凡的多功能性——前提是在設計實驗時，須考量其針對 TNF-α、一氧化氮及 NOX2 生物學的已知限制。 對於尋求經驗證、可擴展且完全源自人類的小膠質細胞模型之研究人員而言，HMC3 細胞將是深化對大腦免疫與疾病理解的寶貴資源。如欲訂購 HMC3 細胞或查詢產品規格的進一步資訊，請造訪 cytion.com。

關鍵文獻

1. Janabi N、Peudenier S、Héron B (1995) 透過將 SV40 大 T 抗原轉染至胚胎小膠質細胞原代培養物，建立人類小膠質細胞系。《神經科學快報》。PMID: 7478261
2. Li B、Bedard K、Sorce S (2009) 人類小膠質細胞中 NOX4 的表達會導致活性氧的持續產生以及 IL-6 的持續表達。《先天免疫期刊》。PMID: 20375612
3. Dello Russo C、Cappoli N、Coletta I（2018）人類小膠質細胞 HMC3 細胞系：現況為何？一項系統性文獻回顧。《神經發炎期刊》。PMID: 30200996
4. Cappoli N、Mezzogori D、Tabolacci E (2019) mTOR激酶抑制劑雷帕霉素可增強促炎性細胞因子白細胞介素6的表達與釋放，並調控人類小膠質細胞的活化。《EXCLI期刊》。PMID: 31645839
5. Li H、Zhang X、Chen M（2018）地克美托米定透過 c-Fos/NLRP3/caspase-1 級聯反應，抑制微膠質細胞在 LPS 和 ATP 刺激下的發炎反應。《EXCLI 期刊》。PMID：29743866
6. Baek M、Yoo E、Choi HI（2021）BET抑制劑可減弱人類小膠質細胞HMC3細胞系中的發炎反應與細胞遷移。《科學報告》。PMID: 33893325
7. Nasi M、De Gaetano A、Bianchini E（2020）線粒體損傷相關分子模式會刺激人類小膠質細胞產生活性氧。《分子與細胞神經科學》。PMID: 32828963
8. Lindberg C、Hjorth E、Post C（2005）人類小膠質細胞系的細胞因子產生：β-澱粉樣蛋白與α-黑色素細胞刺激激素的影響。《神經毒性研究》。PMID：16371321
9. González-Prieto M、Gutiérrez IL、García-Bueno B（2021）阿茲海默症中微膠細胞的 CX3CR1 表達增加，且受去甲腎上腺素調控。《膠質細胞》。PMID: 32662924
10. Ma'arif B、Mirza DM、Hasanah M（2020）Marsilea crenata Presl. 的正丁醇分餾物對小膠質細胞 HMC3 細胞系的抗神經發炎活性。《基礎與臨床生理學及藥理學期刊》。PMID: 31967965
11. Ma'arif B、Agil M、Laswati H（2020）Marsilea crenata Presl. 葉片 96% 乙醇萃取物誘導微膠質細胞 HMC3 中 Arg1 及活化 ERβ 表達的增強作用。《基礎與臨床生理學及藥理學期刊》。 PMID：31981453
12. Martinez Viedma MDP、Pickett BE（2018）闡明寨卡病毒感染對胎盤與小膠質細胞的不同影響。《病毒》。PMID：30453684
13. 張 X、郭 Y、徐 X (2019) miR-146a 透過 IRAK1/TRAF6/NF-κB 訊號傳導路徑促進博納病病毒 1 型複製。《病毒研究》。PMID: 31330207
14. Angel-Ambrocio AH、Bautista-Carbajal P、García-León ML（2020）小膠質細胞 HMC3 對鼻病毒感染高度易感。《病毒研究》。PMID：32768491
15. Sharma A、Vasanthapuram R、M Venkataswamy M（2020）Prohibitin 1/2 介導登革熱病毒-3 進入人類神經母細胞瘤（SH-SY5Y）及小膠質細胞（CHME-3）細胞。《生物醫學科學期刊》。 PMID: 32306962
16. Li Z、Zhang J、 鄭 H（2019）帕博西利透過調控 lncRNA SNHG15/CDK6/miR-627 迴路，克服替莫唑胺抗藥性，並降低多形性膠質母細胞瘤中與膠質瘤相關小膠質細胞的 M2 極化。 《實驗與臨床癌症研究期刊：CR》。PMID：31462285
17. Martínez Leo EE、Segura Campos MR（2020）西班牙鼠尾草（Salvia hispanica）肽分餾物對 HMC3 小膠質細胞促炎調控的神經保護作用。《食品生物化學期刊》。PMID: 32207175
18. Venkateswarlu K、Suman G、Dhyani V（2020）利用雷射掃描共焦顯微鏡，對電紡絲基質上培養的小膠質細胞進行三維成像及實時胞質鈣振盪定量分析。《生物技術與生物工程》。PMID：32557561
19. Qadri SW、Kumar N、Santhoshkumar R（2022）利用人類小膠質細胞系 CHME-3 進行感染實驗，以研究基孔肯雅病毒的神經病理發生機制。《神經病毒學雜誌》。PMID: 35352315