摘要：重组蛋白表达技术是分子生物学和生物技术领域的基础，广泛应用于生物制药、诊断试剂、疫苗开发和蛋白质功能研究中。随着研究的深入，科学家不断优化表达系统以提高重组蛋白的产量和质量。在众多表达系统中，哺乳蛋白表达系统因其在蛋白质折叠、修饰及功能性表达方面的优势，成为重

重组蛋白表达技术是分子生物学和生物技术领域的基础，广泛应用于生物制药、诊断试剂、疫苗开发和蛋白质功能研究中。随着研究的深入，科学家不断优化表达系统以提高重组蛋白的产量和质量。在众多表达系统中，哺乳蛋白表达系统因其在蛋白质折叠、修饰及功能性表达方面的优势，成为重要的技术平台。

一、重组蛋白表达概述

重组蛋白表达是指通过基因重组技术将外源基因导入宿主细胞中，利用宿主细胞的生物合成机制生产目标蛋白。这一过程通常涉及基因克隆、载体构建、转染或转化、蛋白表达及纯化等多个步骤。重组蛋白的表达可以选择不同的宿主系统，包括大肠杆菌、酵母、昆虫细胞和哺乳细胞等，其中每种宿主系统都有其独特的优势和适用范围。

在选择合适的表达系统时，研究者需考虑目标蛋白的性质（如大小、结构、功能修饰要求）、表达效率、蛋白纯化的可行性及成本效益等因素。尽管大肠杆菌系统由于其高效性和低成本被广泛应用，但其无法进行复杂的后修饰如糖基化和二硫键形成，因此在某些需求较高的蛋白质生产中，哺乳细胞系统则显示出独特的优势。

二、哺乳蛋白表达系统的优势

哺乳蛋白表达系统主要包括CHO（Chinese Hamster Ovary）细胞、HEK293细胞等。这些细胞系能够进行复杂的后修饰，如糖基化、磷酸化和二硫键形成等，因此它们特别适用于表达具有生物学活性和特定修饰要求的蛋白。

1. 复杂的后修饰：哺乳细胞能够进行高效的糖基化、磷酸化等修饰，生产的蛋白更接近天然蛋白的结构和功能。

2. 蛋白折叠和活性：哺乳细胞表达系统能够正确地折叠和组装蛋白质，特别适用于大型蛋白质和多亚基复合物的表达。

3. 较高的产量：通过优化培养条件，哺乳细胞的产量可以达到几百毫克甚至克级别，满足大规模生产的需求。

4. 更少的内毒素污染：哺乳细胞系统的蛋白质表达往往能够减少内毒素的生成，这对于生物药物的生产尤为重要。

尽管哺乳细胞系统有诸多优点，但其成本较高、生产周期较长，因此在一些情况下，研究者会选择将哺乳蛋白表达与其他系统如大肠杆菌系统相结合，以实现高效且经济的蛋白生产。

三、融合蛋白表达纯化的策略

融合蛋白表达技术是重组蛋白表达中的常见方法，特别是当目标蛋白难以直接表达或纯化时，融合蛋白表达技术提供了一种行之有效的解决方案。通过将目标蛋白与标签蛋白（如His标签、GST标签或MBP标签）融合，可以大幅提高目标蛋白的溶解性、稳定性，并简化纯化过程。

1. His标签融合蛋白：通过将6×His标签与目标蛋白融合，可以利用亲和层析法（如Ni-NTA柱）高效纯化目标蛋白。这种方法简便且适用于高表达系统，如大肠杆菌和哺乳细胞系统。

2. GST标签融合蛋白：谷胱甘肽S-转移酶（GST）标签常用于哺乳细胞系统中，其优势在于能够提高目标蛋白的溶解性，并通过GST与谷胱甘肽的亲和力实现高效纯化。GST标签还能够增强目标蛋白的稳定性，有助于解决一些目标蛋白折叠困难的问题。

3. MBP标签融合蛋白：麦芽糖结合蛋白（MBP）标签适用于难以溶解的蛋白，尤其是在哺乳细胞系统中。MBP标签能够提高目标蛋白的水溶性，避免其在细胞内形成包涵体，从而增强纯化效率。

融合蛋白技术的关键在于选择合适的标签和表达系统。在哺乳细胞系统中，结合合适的表达载体和表达条件，研究者可以实现目标蛋白的高效表达和纯化。融合蛋白表达纯化不仅提高了目标蛋白的产量和纯度，还极大地简化了蛋白纯化流程，为下游应用提供了便利。

四、重组蛋白表达与哺乳蛋白表达的融合策略

为了最大化重组蛋白的表达效率与质量，研究者逐渐探索出了一种融合策略，将不同类型的表达系统相结合。例如，首先使用大肠杆菌系统进行初步的高效表达，然后将表达的蛋白通过融合标签转移到哺乳细胞系统中，进行进一步的修饰、折叠和纯化。这种策略能够在保证蛋白质质量的同时，提升蛋白表达的速度和经济性。

1. 双系统表达策略：通过大肠杆菌系统进行初步的蛋白质表达与标签融合，然后将融合蛋白转移到哺乳细胞系统中进一步完成后修饰和高效纯化。这种策略利用了两种系统的优势，既能保证高效表达，又能满足复杂的后修饰需求。

2. 优化融合蛋白表达纯化：哺乳蛋白表达系统中的融合蛋白表达纯化方法可以优化为多步纯化流程，通过融合标签与其他方法（如亲和层析、离子交换、凝胶过滤等）结合，确保目标蛋白的纯度和活性。

3. 表达系统的互补性：结合大肠杆菌系统的低成本和哺乳细胞系统的高修饰能力，双系统策略能有效降低生产成本，并在一定程度上缩短生产周期。

五、未来展望与挑战

随着技术的进步，重组蛋白表达与融合蛋白表达纯化的结合将越来越多地应用于制药和生物制品生产中。未来，优化哺乳蛋白表达系统的培养条件、提升产量和质量的同时，进一步开发新的融合标签以及高效的纯化方法，将是提升重组蛋白表达技术效率的关键。

然而，这一过程也面临一些挑战，如蛋白的折叠与修饰难题、融合标签的影响、表达系统的成本控制等问题，需要通过持续的技术创新来解决。

从基因到蛋白的重组蛋白表达与哺乳蛋白表达的融合策略，为蛋白质生产提供了更高效、经济和精确的解决方案。通过合理选择表达系统和融合标签，研究人员可以在保证蛋白质质量的同时，优化表达和纯化流程。随着这一领域的技术不断成熟，重组蛋白在生物制药、疫苗开发等领域的应用前景更加广阔。

卡梅德生物整合多项前沿技术，推出涵盖基因合成、载体构建到蛋白表达纯化的一站式服务方案。基因合成阶段采用高精度平台生成目标序列，并根据项目需求优化设计；在载体构建和表达优化环节，充分利用科学工具设计出高效表达系统；在蛋白纯化过程中，结合先进纯化技术获取高纯度产物。这种端到端的服务模式能够降低客户的研发难度，缩短周期，特别适用于高复杂度蛋白的研究。

参考文献

1. Wurm, F. M. (2004). CHO Quarks, CHO Cells – A Historical Perspective. Biotechnology Advances, 22(3), 85-92.

2. Wood, D. W., et al. (2000). Expression of a Soluble, Functional Protein in the Escherichia coli System: Fusing a Soluble Protein to the E. coli Starch-Binding Domain. Protein Expression and Purification, 18(3), 318-325.

3. Villaverde, A., & Carrasco, J. L. (2003). Recombinant Fusion Proteins for Purification and Functional Studies: Principles and Applications. BioTechniques, 35(2), 225-229.

来源：卡梅德生物科技