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[生物技术] 盘点4大生产小分子抗体的蛋白表达系统

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发表于 2019-6-27 09:47:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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众所周知,免疫原性问题是抗体药物研发的一大障碍,在抗体药物研发时需要开展免疫原性试验。一般来说相对分子质量越大,免疫原性越强,而相对分子小于10000的药物一般不引起免疫反应,因此抗体的小型化研究也备受基因工程抗体研究者的关注。小分子抗体由于相对分子质量小,具有免疫原性低、组织穿透性好、可以结合不易与完整单抗结合的隐藏的抗原表位和制备相对容易简单等优点,决定了其在医学领域的许多方面具有很大的应用潜力。常用的4大表达系统如大肠杆菌表达系统、酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统都可以用于小分子抗体片段制备

1、大肠杆菌表达系统

大肠杆菌表达系统是基因表达技术发展最早、应用比较广泛的经典表达系统,经常用来表达Fab、ScFv等小分子抗体。由于大肠表达系统生长速度快、培养周期短、目的蛋白表达水平高、遗传背景也比较清楚,而且进行抗体工程研究时花费较少,所以目前被广泛使用。

但是由于大肠杆菌本身的蛋白翻译后修饰加工体系相当不够完善,因此在表达外源蛋白时不能对表达产物进行修饰加工,影响了外源蛋白的活性,而且表达的外源蛋白也容易被宿主菌释放的蛋白酶降解,所以要选择合适的宿主菌,这些都限制了其应用。美迪西提供蛋白表达服务,拥有多种蛋白表达系统,包括原核蛋白表达系统、酵母蛋白表达系统、昆虫细胞蛋白表达系统(杆状病毒)和哺乳动物细胞蛋白表达系统,具备多种融合技术,可以为客户在蛋白表达与纯化方面提供多种选择。

2、酵母表达系统

酵母表达系统既具有微生物的特点,又作为真核生物弥补了原核表达系统缺乏蛋白质翻译后加工的缺陷。常用的酵母表达系统主要是毕赤酵母系统,它具有发酵密度高,分泌外源产物能力强,能翻译后修饰和糖基化修饰等优势,迄今为止已经成功表达了几百种外源蛋白。人们利用毕赤酵母系统成功的从1L酵母培养基上清液中纯化得到56mg的人类BAFF ScFv-Fc抗体,不但解决了大肠杆菌表达抗体时不能分泌,复性后生物活性差以及产率低等缺陷,也消除了细菌表达的抗体在临床应用时可能存在毒性的风险。但毕赤酵母分子生物学的研究基础差,发酵周期长,发酵时需添加甲醇都限制了对其的使用。

3、昆虫细胞表达系统

昆虫细胞表达系统是一类广泛应用的真核表达系统,和大多数高等真核生物相似具有翻译后修饰、加工以及转移外源蛋白的能力。主要包括杆状病毒表达系统、稳定转化系统两种。有研究者利用杆状病毒感染夜蛾成功表达出具有活性的Fab抗体。但是杆状病毒系统无法进行连续性高表达,糖基化方式与哺乳动物存在一定差异,其功能基因组学的研究仍然比较薄弱,有关病毒晚期的高表达和调控机制等仍不够明了,所以这些问题都限制了其的应用,这还需要研究者们不断探索可对其进行部分改进以达到理想的效果。

4、哺乳动物细胞表达系统

与其他系统相比,哺乳动物细胞表达系统的优势在于能够指导蛋白质的正确折叠,提供复杂的N型糖基化和准确的O型糖基化等多种翻译后加工功能,因而表达产物在分子结构、理化性质和生物学功能方面接近天然的高等生物蛋白质分子。目前常用于表达蛋白的哺乳动物细胞宿主有CHO、COS、HeLa细胞、HEK293、NSO等,其中CHO细胞是近年来研究最多应用相对广泛的细胞系,可用于表达多种外源蛋白。有报道利用重组的CHO细胞表达外源蛋白时产量能达到10g/l,这可用于重组蛋白的工业化生产。还有研究者构建了抗人癌胚抗原(CEA)小分子嵌合抗体Rch24 F(ab')2真核高效表达载体并在CHO细胞中实现高产量表达,然后对Rch24 F(ab')2的生物学活性进行鉴定研究。结果成功地在真核细胞CHO中高效表达了具有良好的生物学活性的抗人CEA小分子嵌合抗体Rch24 F(ab')2。

目的不同选择表达的哺乳动物细胞也不同,但哺乳动物细胞对培养环境十分敏感,营养和生长因子缺乏、缺氧、病毒感染、机械搅动以及培养压力的增加等很多因素都能诱导细胞凋亡。所以利用该系统表达时需要大规模培养动物细胞,成本较高,而且在筛选过程中比较费时也比较容易污染,这些都限制了其的应用,目前已有很多学者开始关注哺乳动物细胞的筛选研究。

目前通过重组蛋白表达系统制备的小分子抗体在疾病诊断、肿瘤性疾病治疗、抗感染以及放射显像等方面均得到了广泛的应用。但是为了使制备的小分子抗体在产量、亲和性、稳定性等方面达到临床应用的要求,在未来还需要做大量的研究。



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