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无细胞蛋白表达体系在生物制药工程中应用 　　[摘要]作为体外合成蛋白表达手段的一种，无细胞蛋白表达体系有着蛋白合成高效快速、反应操纵简便等方面的优点，在基础生物学领域的研究中有着广泛的应用价值。无细胞蛋白表达体系目前已成功应用于重组蛋白药物的生产。高通量药物筛选等领域，为解决生物制药领域中的难题提供了新的解决思路。同时，经过研究人员的不断努力，对其在生物制药工程中的应用也取得了新的研究进展，显示出重要的应用潜能。本文基于对无细胞蛋白表达体系的阐述和分析，对其在生物制药工程中的应用做出了相关的探讨和研究，以期能为生物制药领域的发展提供一定的技术支撑和借鉴 [关键词]生物：制药工程；无细胞蛋白；表达体系；应用 随着生物科学技术的发展，人们对蛋白质组学相关的前沿领域的研究越来越关注，无细胞蛋白表达体系（cell-free protein synthesis，CFPS）也因此备受重视。尤其是近些年来，无细胞蛋白表达体系的研究已逐渐从原核深入到真核的反应体系，成本不断降低。较之于传统的体内表达体系，无细胞蛋白表达体系基于细胞提取物，有着不受细胞的生理限制以及胞内蛋白酶的降解、可以在较短的时间内进行大量的毒性蛋白表达、无需繁杂的下游处理以及产物的活性增加等诸多方面的应用优势。同时，其在生物制药中也逐渐体现出了毒性蛋白、复杂蛋白以及膜蛋白表达等方面的优势。但由于天然蛋白水溶性差、半衰期短等因素的影响，如何实现重组蛋白的稳定表达，发挥无细胞蛋白表达体系在医疗方面的应用潜力，就成为生物制药领域的重要研究课题。因此，本文讨论和研究无细胞蛋白表达系统在生物制药工程中的有效应用问题，将对更好地实现该系统在制药科学领域应用潜力的发挥有着重要的理论和现实意义 1.无细胞蛋白表达体系概述 作为一种生物学技术，传统的蛋白表达是基于细胞体内，对动植物细胞以及细菌等外源基因的表达。而无细胞蛋白合成系统是一种全新的蛋白合成方式，实现了以外源DNA或mRNA为模板，利用细胞抽取物中的蛋白因子、相关的酶系等，通过在体系内加入ATP、GTP以及氨基酸、能量再生物质等来实现蛋白表达的体外系统（如图1所示）。自1982年世界上第一个重组蛋白药物胰岛素问世以来，重组蛋白药物由于来源广泛，且有着较高的安全性在短短几十年时间就实现了在生物制药领域的飞速发展，在全球药物市场上越来越占据着举足轻重的地位。表达重组蛋白药物最常用的系统包括大肠杆菌、?酒酵母以及中国的仓鼠卵巢细胞。但诸如此类的体内表达系统往往由于种种原因而导致一些复杂蛋白不能顺利表达，在这一迫切需求下，无细胞蛋白表达技术便应运而生 随着国内外学者对蛋白合成技术的深入研究以及蛋白连续翻译系统的建立，无细胞表达也有了突破性的研究，实现了蛋白的连续表达。该系统无需在活体细胞内进行，基于细胞提取物就可以实现连续的转录和翻译，从而快速高效合成目标蛋白。该系统没有细胞壁，也不必关注维持活体细胞生命的相关生化反应，在表达技术上占据独特的优势。同时，蛋白合成的条件相对容易调整，有助于蛋白的表达和折叠。依据这一优势，无细胞蛋白表达体系在生物制药工程中也较多适用于快速表达医用蛋白、高通量蛋白库筛选等复杂蛋白质的合成。该系统的另一个优势是表达具有毒性的蛋白，由于无需维持宿主细胞的活性，也更容易地实现插入非天然氨基酸的表达，可较好地被用于研究蛋白的化学特性中。因此，随着近些年来对该系统相关应用研究的不断深入，已经逐渐实现了在生物制药相关领域的广泛应用，如进行多肽类药物、肿瘤疫苗、重组蛋白药物等大规模的生产以及高通量药物的筛选等 2.无细胞蛋白表达体系的分类 就目前来讲，已开发出来的无细胞蛋白表达系统主要包括原核和真核两种表达系统类型。两者由于表达系统的不同，也存在着不同的特点，在实际科学生产研究的过程中需要根据不同的需求进行两种表达系统的恰当选择 2.1原核系统 对原核表达系统的研究由来已久，该系统实现目标蛋白的表达是利用的原核生物细胞提取物，最为常见的是大肠杆菌。由于其具有较强的耐受性，因此在此基础上建立无细胞蛋白表达系统就具有独特的优势。人们在具体进行目标蛋白的表达中，可以根据需要加入蛋白酶抑制剂以及标记蛋白等特殊添加剂，在含有杂质的情况下依旧可以进行目标蛋白的表达。其不足之处在于在进行蛋白的翻译加工后，在正确折叠方面现阶段仍是较大的困难。不过由于大肠杆菌材料来源广泛，成本较低，也存在着较高的表达效率，因此在体外表达系统研究中仍是较为热门的话题 2.2真核系统 真核表达系统是与原核表达相对应的系统，其进行目标蛋白的表达，利用的是真核生物细胞提取物。其中，最为常见的就是麦芽提取物和兔网织红细胞裂解液。与上述表达系统不同的是，真核细胞表达系统不存在基因的非特异性激活或者抑制，因此能够实现对调