哺乳动物细胞表达系统

代谢物的积累、机械搅动以及培养压力的增加等很多固素都可诱导细胞凋亡。大量细胞的死亡严重影响蛋白的表达产量。现已证实，有些基因能抑制细胞凋亡，如Bcl-12和BcI-x能抑制许多因素诱发的细胞凋亡，以及某肿瘤细胞从贴壁培养转入悬浮培养而诱发的细胆凋亡。A1ison等报道，感染dSsV CAT病毒载体的BHK Bcl-12和CHO BcI-x细胞生存期均延长数倍。BHK Bel 2、HHK BcI-x均使感染SFV II l!的细胞恢复生长到对数生长期的细胞感染后可存活达9 d，LL12的产量提高一倍。有些化学制剂也能抑制不同阶段的细胞凋亡，如乙酰半胱氨酸tNAC、吡咯烷二硫氨基甲酸酯（PDTC)等以及 caspase抑制剂Z-VAD fmk、YVAD，cmk等，从而大大增加表达蛋白的产量。如利用 NAC和z -VAD fmk的细胞培养，表达蛋白的产量分别提高2.2和3.9倍。细胞凋亡的抑制不 仅延长细胞的存活期，提高蛋白的产量，而且有利于下游的纯化过程。

在细胞大规模培育过程，细胞的持续大量增殖使蛋白表达很快进入衰退期。同时由于营养缺乏，细胞大量死亡使细胞产品的产量下降，死亡的细胞释放蛋白酶和糖苷酶使表达产物降解，产品质量下降。为获得产物的大量有效表达，必须控制细胞在达到最适表达产物期停止增殖。现已发现四环素抑制表达系统(Tctoff)可严格控制细胞增殖过 程。外源基因和抑制细胞生长的基因(如P27)在同一个双顺反子表逸单位，在可稠节的启动子(Tot off)作用下使细胞增殖期与增殖抑制产物表达期分开。细胞生长和产物表达都能达到最大程度。Tot off基因表达系统的优点在于毒性低，作用快，不影响哺乳动物细胞的代谢过程。由于四环素很不稳定，易于氧化脱水、芳香基化和表易构化作用，使Tot基因表达系统成为一个高效、无毒、具有严密开关功能 (Trt switch)的可诱导性基因表达系统，仅受四环素初浓度的影响，终产物中四环素自发降解，有利于下游的纯化过程。这种Tel基因表达系统控制的蛋白表达方式，因使细胞生长期和产物袁达期分开而适用于生产使细胞具有代谢负担或毒性的蛋白产物。mazur等报道利用该系统，在作用于细胞周 期的激酶抑制子p27诱导下，使CHO细胞成功地达到持续生长抑制期，表达分泌型碱性磷酸酶SEAP(一种典型的外源糖蛋白)水平提高10~15倍。

在孵育批量培养中，通过减少葡萄糖和谷胱甘肽的量，使细胞代谢发生改变，以减少代谢产物乳酸、胺的形成，使细胞培养达到一种稳定状态，细胞浓度和蛋白产物大大增加。 目前的生物工程要求使用第三代无血清培养基，即无血清无蛋白(或含量极低)的双无培养基，使细胞培养很容易做到恒定，细胞分泌的的蛋白更易分离纯化，培养基的成本大为下降。随着基工程技术研究的深人，利用哺乳动物细胞表达蛋白产物的有效方式必将得到进一步发展，其在工业生产中的开发应用必将促进基因工程药物的大量生产。 发展趋势

在目前和今后若干年内(至少到本世纪末)，以下两种系统没有根本解决之前，哺乳动物 细胞作为一种日趋成熟的表达系统，仍然会受到研究人员和产业家的重视，并将成为基因工程研究中十分活跃的领域，众多的产物必须依靠这种系统进行表达与生产。尚未解决的两个基因工程系统是：

① 可表达复杂的真核基因的真核微生物系统或改造的原核微生物系统； ② 用作生物反应器的转基因动物系统。 研究方向

大致有两方面，

①探讨一些陆续发现和纯化的糖蛋白和具有复杂结构(如多亚基)的蛋白的表达以及与天然蛋白的比较，包括生物活性、物化性质甚至一级结构。

②提高表达水平。这是哺乳动物表达系统的关键问题。目前看来，仍然需要从以下途径进行研究：①除现有的 MT启动子、热休克启动子、病毒启动子，应发展一些新的强启动子。②寻找 合 适 的 增 强子，特别是细胞增强子。③提高基因剂量的新途径。因 dhfr

放大子(amplicon)只能用于CHO dhfr-细胞株。④选择载体-宿主的最优组合。⑤装配适合于cDNA高效表达的必要 元件。因目前cDNA在哺乳动物细胞中表达水平一般均低。 当然，大规模培养条件和无血清及无蛋白培养条件的探索也是与哺乳动物细胞表达系统密切有关的问题，但这是属于另一领域的课题。其中值得提及的是研究某些生长因子基因在导入哺乳动物细胞后，其表达产物有可能使细胞脱离血清生长，这一途径对于哺乳动物细胞基 因工程具有很大的吸引力。

我国在哺乳动物细胞表达系统方面研究不多，在乙肝表面抗原、tPA、生长激素等方面均有单位在研究中，表达水平也有高有低。我属现有的基因工程基础研究水平有很大局限性，故不可能去发展新的表达系统，但利用现有的基因元件，选择合适的载宿主系统以提高表达水平却是有现实意义的。今后应注意以下几方面的研究：

①提高cDNA表达水平的途径。因多数克隆的基因多是cDNA，尤其对于基因组很大的基因，只能用eDNA进行表达。

②探索提高基因剂量的非dhfr放大途径，如采用tk、ada或MT放大的可行性。 ③利用若干能使外源基因产物在转晕后稳定性提高的基因元件或有利于此过程的宿主细胞。

④利用附加体(即染色体外基因)与整合在染色体上的基因，这两类外源基因在同一细胞中可以有共存性这一性质来大幅度提高外源基因的表达水平。这是新近国外发展的一种表达系统，值得进一步研究。