植物反应器生产药用蛋白的研究进展.docVIP

植物反应器生产药用蛋白的研究进展 李世成 现代基因工程技术最初是建立在结构简单的微生物，尤其是以大肠杆菌为受体表达外源蛋白，用植物反应器生产药用蛋白的思路出于偶然。二十世纪八十年代，比利时PGS公司的科学家将一个神经肽（enkephalin，脑啡肽）编码基因转入烟草中表达，用意在于让瘾君子们不用抽烟，只需拿烟叶闻一闻或放在口中嚼一嚼即可过烟瘾，以此减少尼古丁对人体的危害及减少空气污染。他们在这个小肽基因两端设计了两个蛋白酶的酶切位点，将改造后的基因串联导入烟草细胞并成功获得再生植株，结果小肽以多聚体的形式表达存在，用胰蛋白酶和羧肽酶作用后获得了神经肽，每粒种子在200nmol。虽然，他们的目的最终没能达到，因为神经肽要经血液运输而起作用，在口腔及消化道内会被降解掉，但他们却意外地找到了一条利用转基因植物生产药用蛋白的途径，引起人们对此领域的关注。尤其是转基因植物生物反应器的研究和开发使植物能以极低的费用大量生产药用蛋白,具有极大的商业价值。。 植物反应器生产药用蛋白的优点 利用植物反应器生产药用蛋白已成为制药产业重点开发的热点领域。通过植物基因工程技术，在转基因植物中生产药用蛋白及多肽疫苗，具有微生物或动物反应器不可替代的独特优点（见表1）。它们不仅可以对真核生物蛋白进行准确的糖基化、酰氨化、磷酸化、亚基的正确装配等翻译后加工，使表达产物具有良好的生物活性和较低的免疫原性，而且也不像细菌在发酵过程中那样由于产生不溶聚合物—包涵体，而需要将它们重新溶解并折叠成天然蛋白质，这一过程所需要的成本很高；不仅如此，植物反应器也不会像动物反应器那样含有人类的潜在病原或其他污染等潜在的威胁；另外利用植物反应器，来源广，可进行大量田间栽培；转化植株系的种子易于储存，有利于重组蛋白的生产和运输；投资小，成本低。据推算，利用转基因植物生产药用重组蛋白的成本，仅为利用大肠杆菌发酵生产成本的 1／10～ 1／50。 表1 微生物、动物和植物反应器的比较 原核微生物反应器 植物反应器 动物反应器 真核蛋白翻译后加工的能力有限； 上游生产成本较低； 细胞培养需要用胎牛血清作为生长培养基，以及从培养上清中提取，成本昂贵； 细菌发酵常形成不溶聚合物或回收率低； 基因转化容易、成功率高、周期短、表达量高、提纯容易、收效快（少于两年）； 转基因动物生长繁殖、饲养条件及营养要求高； 宿主菌的表达药物种类及表达量有限； 转基因植物自交后得到的同质后代的遗传性状稳定；进而在植物体内积累多基因； 基因转化难度大、转化成功率低、生产药物等待周期长（牛需要7年，羊需要3年）； 噬菌体等污染造成倒灌的威胁； 不存在噬菌体污染造成倒灌的威胁； 动物反应器的污染问题； 下游加工复杂、成本高； 发酵常常需庞大的设备投资。 可食药物节省下游加工开支； 转基因动物易产生社会和伦理问题。 植物反应器生产药用蛋白研究进展 近20年来，随着植物基因工程的迅速发展，在植物抗虫、抗病毒和品质改良等方面已取得了举世瞩目的成就，同时利用转基因植物生产药用蛋白等为攻克医药难题也开辟了新的天地。科学家正逐渐把药物的生产从微生物转向植物，在这方面许多国家竞相研究。据不完全统计，目前已有几十种药用蛋白或多肽在植物中成功表达，一些研究机构或公司已开始从这些药物蛋白的生产中获得了巨大经济效益。 1、植物抗体 自从十几年前转基因烟草成功地表达免疫球蛋白的重链和轻链基因并组装成功以来,植物已经能够生产完整的IgG和IgA分子,分泌型IgG 和IgA 分子,单链可变区片段(scFv),Fab片段和重链可变区以及双特异性抗体(通过具柔性的肽键接头连接到一起),膜锚定抗体以及嵌合型的IgG和IgA 分子等不同类型抗体。应用植物生产单克隆抗体具有极大的市场潜力,获得的价格低廉的单克隆抗体在人类及牲畜的疾病治疗中将发挥巨大的作用。 目前已经成功地获得具有潜在医疗价值的植物抗体。主要有转基因烟草生产针对腐蚀牙齿的致病原Sreptpcpccus mutans 抗体IgG-IgA、人抗疱疹病毒(antiherpessimplex virus) 的抗体、针对癌胚抗原(carcinoembryonic antigen ,CEA) 的抗体、利用植物病毒载体侵染烟草瞬时表达淋巴瘤特异的疫苗等植物抗体全面用于诊断和治疗需要解决的主要问题包括产品的数量和质量、下游纯化工艺、糖基化等。通过调节表达元件、优化密码子以及提高抗体的稳定性可提高表达系统中重组抗体的积累水平。 重组蛋白在植物体内的糖基化 (glycosylation)方式与在人体内不同，这一问题近年来引起人们的关注，因为不同模式的糖基化会对人体形成免疫原性。一些专门的研究工作就是针对如何消除这种免疫原性的，如在不需要糖基化仍具有抗体活性的情况下，将抗体中有关植物N