自然狀態(tài)下，蛋白的表達(dá)翻譯需要以宿主為載體，重組蛋白的產(chǎn)生也是需要以表達(dá)體系作為載體的。重組蛋白的表達(dá)可以在各種不同的體系中完成，包括HEK293，CHO酵母，植物或昆蟲細(xì)胞系等真核動(dòng)物細(xì)胞或者原核細(xì)胞。每種表達(dá)系統(tǒng)從不同的角度看都有著各自的優(yōu)勢，比如經(jīng)濟(jì)性、易用性以及翻譯后的修飾功能等。那么從哪些角度來考慮選擇合適的宿主呢？Khan K. H[1]總結(jié)了選擇合適宿主至少要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

原核和真核動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)之間的主要區(qū)別在于基礎(chǔ)構(gòu)造的不同。細(xì)菌沒有細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體，這些都是細(xì)胞運(yùn)輸和翻譯后修飾的關(guān)鍵要素。相比之下，真核動(dòng)物細(xì)胞就擁有這些細(xì)胞器應(yīng)用于蛋白的合成修飾。可以說，真核細(xì)胞擁有更復(fù)雜的蛋白表達(dá)機(jī)制，具有更高的翻譯精度（圖1和圖2）。

原核表達(dá)體系

大腸桿菌細(xì)胞系是最常用的細(xì)菌表達(dá)系統(tǒng)，具有生長極快、活力旺盛、應(yīng)用簡單等特點(diǎn)，并且細(xì)菌很容易使用熱休克等方法轉(zhuǎn)染。與真核生物不同，原核細(xì)胞的細(xì)胞壁以及簡單的構(gòu)造可以承受劇烈的溫度變化并在熱沖擊過程中生存。真核生物就不同了，在高溫環(huán)境中，真核細(xì)胞可能會(huì)受到急性永久性損傷，這樣就會(huì)影響細(xì)胞正常的功能，并抑制細(xì)胞正常的蛋白表達(dá)，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞的死亡。對(duì)于需要翻譯后較少修飾的胞質(zhì)蛋白或者分泌的蛋白是適用于大腸桿菌表達(dá)體系的，因?yàn)榇竽c桿菌表達(dá)的產(chǎn)品總量相對(duì)更多，價(jià)格較便宜。但是對(duì)于一些跨膜蛋白、糖蛋白以及和細(xì)胞膜結(jié)合的蛋白就不太適合大腸桿菌的表達(dá)體系，這是因?yàn)闆]有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器來促進(jìn)蛋白結(jié)構(gòu)的正確翻譯折疊。因此，如果要表達(dá)真核動(dòng)物的某些類型蛋白時(shí)，原核表達(dá)體系就失去了它的優(yōu)勢。

真核表達(dá)體系

真核動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)具有明顯的優(yōu)勢，即能夠產(chǎn)生具有提供天然結(jié)構(gòu)的所有正確翻譯后修飾的真核動(dòng)物蛋白。因此，真核動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行重組蛋白制造的表達(dá)系統(tǒng)能夠引入適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊、翻譯后修飾和蛋白質(zhì)組裝，這對(duì)于蛋白質(zhì)完整的生物活性是非常重要的。

在制藥領(lǐng)域，世界上幾乎所有的生物制藥公司都依賴于使用基于真核動(dòng)物細(xì)胞的穩(wěn)定細(xì)胞系來生產(chǎn)生物制劑。不過真核動(dòng)物細(xì)胞通常比細(xì)菌更難處理，因?yàn)樗鼈兏嗳?。通常真核表達(dá)體系總體上產(chǎn)生的產(chǎn)品更少，因此價(jià)格可能更昂貴；其次蛋白的修飾發(fā)生一般在蛋白翻譯期間或蛋白翻譯后不久。例如，分泌蛋白會(huì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中生成，因?yàn)閮?nèi)質(zhì)網(wǎng)中有促進(jìn)蛋白折疊、二硫鍵生成以及N -連接糖基化酶。另外抗體在分泌之前會(huì)通過高爾基體，高爾基體中含有 O-連接的糖基化的酶，保證了分泌蛋白的正常功能。

上述可見，選擇合適的宿主是非常關(guān)鍵的。原核細(xì)胞和真核細(xì)胞表達(dá)體系應(yīng)該怎樣選擇呢？Fernández, F. J.和 Vega, M. C. 建議可以優(yōu)先使用大腸桿菌作為表達(dá)宿主，除非有證據(jù)證明要大量生產(chǎn)的蛋白質(zhì)在另一個(gè)系統(tǒng)中表現(xiàn)得更有優(yōu)勢。根據(jù)Fernández, F. J.和 Vega, M. C.的統(tǒng)計(jì)2013年P(guān)UBMED中記錄的重組蛋白有超過70%是由大腸桿菌表達(dá)，2014年P(guān)DB中記錄的重組蛋白有超過88%的重組蛋白是由大腸桿菌表達(dá)的[2]。

但是，對(duì)于治療性重組蛋白、病毒載體和疫苗生產(chǎn)而言，最主要的平臺(tái)是真核動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)[3]。它們可以產(chǎn)生復(fù)雜的分子蛋白，如單克隆抗體和一些高分子量的治療性蛋白，與細(xì)菌和酵母系統(tǒng)相比，在創(chuàng)建穩(wěn)定的細(xì)胞系時(shí)的選擇過程比微生物系統(tǒng)要長很多，難度也更大。

真核體系表達(dá)--抗體

在表達(dá)抗體方面，單功能域的抗體可以在大腸桿菌中成功表達(dá)，但不同亞型的全長抗體是不能在大腸桿菌中表達(dá)的。這是因?yàn)榭贵w包含多糖分子以及將重鏈和輕鏈結(jié)合在一起的二硫鍵等結(jié)構(gòu)。如果沒有糖基化或二硫鍵生成的酶，就無法進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼郫B和修飾，即使有正確的DNA也無法正確合成蛋白質(zhì)。圖3舉例了蛋白翻譯后水解、糖基化、磷酸化的過程。總體而言，相對(duì)于原核細(xì)胞，真核動(dòng)物細(xì)胞中的抗體表達(dá)技術(shù)要求更高，該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是抗體將盡可能接近天然結(jié)構(gòu)，從而具有接近天然的結(jié)合活性。

同立海源生物擁有10余年的單克隆抗體表達(dá)研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，公司生產(chǎn)的單克隆抗體都是通過真核體系表達(dá)，并且經(jīng)過人源化改造，具有更接近天然的功能活性和結(jié)合活性，在細(xì)胞和基因治療過程中可以發(fā)揮重要的作用。

抗體產(chǎn)品列表

參考文獻(xiàn)：

[1]?Khan K. H. (2013). Gene expression in Mammalian cells and its applications. Advanced pharmaceutical bulletin, 3(2), 257–263.?https://doi.org/10.5681/apb.2013.042

[2]?Fernández, F. J., & Vega, M. C. (2016). Choose a Suitable Expression Host: A Survey of Available Protein Production Platforms. Advances in experimental medicine and biology, 896, 15–24.?https://doi.org/10.1007/978-3-319-27216-0_2

[3]?Ergen, N. & Tüfek?i, H. (2022). Mammalian cell lines used in Bioprocessing . Journal of Experimental and Clinical Medicine , 39 (3) , 884-892 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/omujecm/issue/72455/1106818

關(guān)于同立海源

北京同立海源生物科技有限公司，成立于2011年，專注細(xì)胞和基因治療（CGT）上游GMP級(jí)原料試劑研發(fā)，致力于為生命科學(xué)提供可靠的產(chǎn)品與服務(wù)。產(chǎn)品涉及細(xì)胞分選磁珠試劑，真核/原核重組蛋白、無血清培養(yǎng)基、細(xì)胞培養(yǎng)試劑盒、轉(zhuǎn)染試劑、基因編輯工具酶等。為細(xì)胞和基因治療藥物、抗體藥物開發(fā)、細(xì)胞儲(chǔ)存等生物制藥和IVD領(lǐng)域提供核心原料試劑與服務(wù)。

公司建有2000㎡的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室及GMP級(jí)潔凈車間，包括真核與原核蛋白表達(dá)工程平臺(tái)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)開發(fā)平臺(tái)、體外診斷試劑生產(chǎn)平臺(tái)，通過ISO13485和ISO9001雙認(rèn)證，部分產(chǎn)品已獲美國FDA DMF備案。