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基于油菜油体系统的重组人胰岛素原表达研究：技术、效果与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

糖尿病作为一种全球性的公共卫生问题，正以惊人的速度蔓延。国际糖尿病联盟（IDF）的数据显示，全球糖尿病患者人数持续攀升，仅在2021年，就有超过5.37亿成年人被诊断患有糖尿病，预计到2030年，这一数字将增长至6.43亿，2045年更是可能突破7.83亿。糖尿病主要分为1型、2型、妊娠期糖尿病和特殊类型糖尿病。其中，1型糖尿病多发生在儿童和青少年，是由于胰岛β细胞被免疫系统错误攻击而破坏，导致胰岛素绝对缺乏；2型糖尿病最为常见，约占糖尿病患者总数的90%，主要发生在成年人身上，发病与胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足均有关，最初，患者的胰岛素分泌可能不受影响，但随着病情进展，胰岛素分泌量会下降，且身体对胰岛素的反应性也会改变。而妊娠期糖尿病则是在妊娠期间首次出现的糖尿病，特殊类型糖尿病则由特定的遗传或疾病等因素引起。

糖尿病若得不到有效控制，会引发一系列严重的并发症，如心血管疾病、肾脏疾病、糖尿病视网膜病变甚至导致失明，以及神经病变和糖尿病足等，严重降低患者的生活质量，给家庭和社会带来沉重的经济负担。以糖尿病肾病为例，它是导致终末期肾病的主要原因之一，患者不仅需要长期接受透析治疗，治疗费用高昂，而且生活自理能力也会受到极大限制。心血管疾病也是糖尿病常见的并发症，糖尿病患者患心血管疾病的风险比非糖尿病患者高出2-4倍，心肌梗死、中风等心血管事件的发生率显著增加。

胰岛素作为机体内唯一能降低血糖的激素，同时还能促进糖原、脂肪和蛋白质的合成，在糖尿病治疗中起着关键作用。对于1型糖尿病患者，胰岛素是维持生命所必需的治疗药物，需终身依赖外源性胰岛素注射来控制血糖水平。2型糖尿病患者在疾病发展到一定阶段，当生活方式干预和口服降糖药无法有效控制血糖时，也需要使用胰岛素进行治疗。随着糖尿病患者数量的不断增长，对胰岛素的需求也在急剧增加。据相关研究预测，如果全球胰岛素产量和使用率保持现状，到2030年，仅2型糖尿病成年患者中，就将有4100万人无胰岛素可用。在非洲、亚洲等地区，由于医疗资源相对匮乏、经济条件限制以及胰岛素供应和分配体系不完善等原因，胰岛素短缺的问题尤为突出，许多患者无法及时获得足够的胰岛素治疗，导致病情恶化。

目前，胰岛素的生产主要通过重组DNA技术，利用微生物发酵或哺乳动物细胞表达系统来实现。然而，这些传统表达系统存在一定的局限性。微生物发酵系统，如大肠杆菌，虽然具有生长迅速、成本较低等优点，但它无法进行哺乳动物蛋白所必需的翻译后修饰，如糖基化，这可能影响重组人胰岛素的生物活性和稳定性。哺乳动物细胞表达系统虽能进行正确的翻译后修饰，但其培养成本高昂，需要复杂的设备和严格的培养条件，产量相对较低，限制了大规模生产，导致胰岛素的生产成本居高不下，价格昂贵，许多患者难以承受。

植物油体表达系统作为一种新兴的植物生物反应器，近年来受到了广泛关注。油体是植物种子中储存脂质的亚细胞结构，由一层磷脂单分子层包裹甘油三酯形成，表面镶嵌着油体蛋白。利用植物油体表达外源蛋白时，将目的基因与油体蛋白基因融合，构建成融合蛋白基因。这样，融合蛋白能够在受体植物种子中特异性表达，并结合在种子油体的表面。这不仅能显著提高外源蛋白在植物组织中的表达量，还可利用油体亲脂疏水的特性，通过简单的粉碎、液体抽提和离心等步骤回收油相，从而将融合蛋白或目的蛋白与细胞内的其他组分分离，大大简化了目的蛋白的分离纯化过程。目前，已有多种药用蛋白在油体系统中成功表达，如水蛭素、降钙素等，但利用油菜油体系统表达重组人胰岛素原的研究仍处于探索阶段。

油菜作为一种重要的油料作物，具有诸多优势使其成为理想的植物生物反应器。油菜生长周期短，一般在90-200天左右，能快速获得大量生物量。它的种子含油量高，可达40%-50%，为油体的大量产生提供了基础。而且油菜易于种植，适应性强，在全球广泛分布，无论是在寒冷的高纬度地区，还是温暖湿润的低纬度地区，都能找到适合种植的油菜品种，这为大规模生产重组人胰岛素原提供了便利条件。此外，油菜的遗传转化技术相对成熟，通过农杆菌介导法、基因枪转化法等方法，能够高效地将外源基因导入油菜细胞中，并整合到其基因组中。

本研究聚焦于利用油菜油体系统表达重组人胰岛素原，具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论层面来看，深入探究油菜油体系统表达重组人胰岛素原的分子机制，有助于进一步丰富植物基因工程和蛋白质表达调控的理论知识。通过研究融合基因的构建、表达载体的设计以及在油菜中的遗传转化和表达调控等过程，能够揭示植物生物反应器中重组蛋白表达的规律，为其他药用蛋白在植物中的高效表