乳腺生物反應器在生物制藥領域研究進展

毛婕

(鹽城師范學院，江蘇 鹽城 224000)

?

乳腺生物反應器在生物制藥領域研究進展

毛婕

(鹽城師范學院，江蘇 鹽城 224000)

摘要：文章綜述了乳腺生物反應器的原理、應用、優點、問題,并對其發展方向進行了展望。利用乳腺生物反應器獲得的藥用蛋白在生物制藥工業中具有廣闊的應用前景。然而，目前使用的轉基因技術由于其固有的局限性，未能使乳腺生物反應器的研究取得了很大的進步。基因打靶和核移植技術已成為乳腺生物反應器的發展注入了新的活力。本文總結了乳腺生物反應器的優點與問題，同時說明乳腺生物反應器在生物制藥研究領域的必要性。

關鍵詞：轉基因技術；動物乳腺反應器；生物制藥

引言

外源基因導入動物基因組和在動物乳腺中表達，動物乳腺能夠高效利用合成蛋白質及乳汁的分泌，在一些通用的轉基因動物生產藥用蛋白具有重要價值。利用乳腺生物反應器降低生物醫藥成本，便于大規模生產，具有極大的商業價值。目前世界上有很多成功例子，可以通過外源基因動物轉基因技術高效表達乳汁。然而乳腺生物反應器在應用還上存在著很大的技術瓶頸。

1乳腺生物反應器的原理

動物乳腺生物反應器的原理是重組DNA技術的應用和轉基因技術，在乳腺特異性調控序列的外源基因下，然后轉移基因到原核期或1～22動物胚胎細胞的受精卵，通過回收乳汁。通過胚胎移植后轉基因動物乳腺表達的個體，獲得的表達產物。利用轉基因動物生產藥用蛋白的基本過程如圖1。

圖1用轉基因動物生產藥用蛋白的基本過程

提高外源基因表達量是乳腺生物反應器表達載體的關鍵步驟。在乳腺組織中特異表達外源基因，需要一個啟動子和調控乳蛋白基因的區域，即啟動序列的乳蛋白基因的表達在哺乳期。目前，在轉基因動物乳腺生物反應器主要是β-乳球蛋白基因的調控序列調控元件(BLG)，β-酪蛋白基因的調控序列，乳清酸蛋白(WAP)基因的調控序列和乳清白蛋白基因調控序列，乳腺組織特異表達的調控元件可以跨越物種界限。轉基因技術是乳腺生物反應器制備的核心技術。目前，除了原核顯微注射法制備轉基因動物乳腺生物反應器的方法，逆轉錄病毒介導的方法，和精子介導法，胚胎干細胞(ES)介導，基因打靶，體細胞克隆。所有的轉基因方法有其獨特的每種方法的優點和局限性，但是轉基因顯微注射法仍然是主要的方法。

2乳腺生物反應器的應用

通過轉基因動物乳腺生物反應器生產的主要的生物藥品：

2.1人乳鐵蛋白

乳鐵蛋白最早由科學家在母乳中的牛奶發現。隨后，在一些生物體的體液和各種細胞也發現這種蛋白。科學家們做了大量的研究，研究表明，乳鐵蛋白是一種多功能蛋白。法國的研究人員通過實驗研究，證實乳鐵蛋白能對細胞分裂活性和解毒酶活性的調節，并能增強自然殺傷細胞的活性。此外，乳鐵蛋白能明顯抑制細胞的生長。近年來，隨著生物制藥技術的發展和成熟，許多科學家開始注意到乳鐵蛋白的實用價值。科學家們利用分子生物學原理，已經完成了在實驗室中對乳鐵蛋白功能的進行研究，并臨床試驗，確定了七個功能，對人體有：廣譜抗菌效果，抗病毒作用，抗氧化，抗癌，調節免疫反應，調節胃腸道鐵的吸收，和其他協同效應藥物。

2.2人組織型溶纖酶原激活因子

溶栓因子是一種蛋白質分子組成，這些分子可以使血塊溶解引起的心肌梗塞和腦血栓形成。HTPA是成員之一，它自然存在于人體，可以轉換或激活溶血酶原為溶血酶，進而導致蛋白質溶解度對骨架成分血纖維血栓形成。通常是在血管壁的細胞中發現的。通過靜脈注射藥物，該藥物能加速溶栓，疏通血液循環。與其他溶栓藥物相比，人組織型纖溶酶原激活劑溶液有高效力，血栓形成的特異性高，副作用小，低死亡率等特點。人組織型纖溶酶原激活劑溶液是第三代溶栓藥物，第一，二代溶栓藥物有尿激酶和鏈激酶。

2.3人血白蛋白

人血白蛋白在維持體液平衡的同時也是最重要的血液蛋白之一，它還參與調節脂肪酸的運輸和激素調節。當靜脈注射給藥，通過滲透作用的過程，人血白蛋白可以增加血容量。廣泛應用于臨床休克，肝壞死，燒傷，蛋白質缺乏癥，成人呼吸綜合征，冠狀動脈移植術等。全球每年需求量為500噸，是目前的主要來源是通過人的血液中提取。由于廣泛流行的艾滋病，肝炎，應用更多的同時人類血液提取人血白蛋白更多的限制。基因工程生產人血白蛋白的使用將成為未來血清蛋白質的主要來源。由于其廣泛的應用，需求高，傳統工藝發酵不能滿足臨床的需要。轉基因動物制藥由于產量高，成本低的特點，是生產人血白蛋白的最好方式。

3乳腺生物反應器的優點

轉基因動物乳腺是由轉基因動物乳腺的正常分泌，產生目的基因的表達產物。轉基因動物乳腺生物反應器與基因工程細胞反應器相比，具有以下優點

3.1生物藥品高活性、人源化

由于轉基因動物屬于高等真核生物，徹底解決的問題是翻譯后能夠修飾，并且確保了生物藥物的生物活性。這些基因都是從人體獲得，徹底解決免疫排斥的問題，治療效果非常顯著。

3.2高產量、高質量

轉基因動物乳腺生物反應器中應用最為廣泛的，效果是最好的。乳汁分泌，乳汁中的天然蛋白質總含量約占3%，主要乳蛋白占總蛋白的12%。如果基因藥物的生產也在這一范圍內，然后在30%到50%的純母乳中的生物藥物。如此高的產量和純度，不僅可以大大降低制造成本，而且可以簡化純化工作程序。此外，由于操作步驟的純化過程中減少，生物制藥的產品活性可以保持完整，質量也能夠改進。

3.3高效益、低成本

通過計算動物細胞培養方法對1g藥物蛋白的使用量，目前的價格約為800美元至5000美元，然而轉基因動物的使用只有0.5美元。奶牛每年可生產純蛋白40kg，奶山羊每年2.5～5kg，兔子每年只能生產純蛋白0.1kg。據估計，僅利用常規生物制藥成本太高，轉基因動物生物反應器藥品生產，單位成本很低。動物乳腺表達外源基因可以遺傳給后代，所以一旦可以產生一些有價值的動物蛋白的個體，可以通過人工授精，胚胎分裂和其他手段克隆擴大商業價值的轉基因動物的后代數量，大規模生產，并可以繼續從優良品種動物后代中獲取巨額利潤。

3.4低耗能、少污染

動物乳腺生物反應器來生產藥品的使用，能夠在人為控制條件下清潔畜牧業，不會消耗大量的能源，沒有從工業排放的有害化學物質。動物乳腺是一個完美的“分子農業”可以進行轉化和重組蛋白，包括糖基化處理，磷酸化，羧基和分子組裝等。利用動物乳腺生物反應器生產藥物，生物活性好，非常接近自然的產品。在藥物蛋白生產過程中不產生工業廢水，對環境無污染，乳腺生物反應器的產品屬于純生物產品，質量安全，無污染。

4乳腺生物反應器存在的問題

雖然轉基因動物乳腺生物反應器技術已經取得了一些成就，展示了廣闊的發展潛力和前景，可廣泛應用于實際生產中存在許多理論和技術問題需要解決。

4.1外源基因在動物體內的整合位點問題

因為人們還沒有完全掌握乳蛋白基因表達的調控，目的基因和整合機制的整合，所以對動物體內的整合位點不適合基因轉移的選擇，經常出現不穩定的遺傳性狀，甚至缺乏等問題。

4.2轉基因表達產物的分離純化問題

表達產物往往是理論的內容和含量高，但比發酵工程的目的蛋白純化簡單，刪除所有可能引起病變的細菌，病毒和人類過敏性蛋白和乳汁中的其他微生物，這些問題將對蛋白的純化帶來一定的困難。轉基因動物的成功率低，制造成本低，目的蛋白的表達水平遠低于牛奶，總蛋白含量的基因分離，轉化，載體構建，體細胞克隆技術還不成熟。

4.3目的蛋白的翻譯后修飾問題

轉基因動物可以將外源蛋白修改，和動物身上所有的外源物質產生排斥作用的保護系統，蛋白水解過程，λ羧化不充分，糖基化形式與人類不同等。產品安全問題，外源基因在動物和基因藥物的入侵對正常的身體功能的任何影響，會造成基因污染，很難確定。為了解決在動物乳腺生物反應器的理論突破性的技術路線，在進一步的研究中存在的問題和逐步提高。

4.4外源基因在動物乳腺中特異表達問題

一些基因發生異位表達導入外源基因，導致動物泌乳停止。乳蛋白基因的表達和調控機制，與宿主染色體整合目的基因的機制，在不同的生產性能差異的原因或基因表達調控元件，用于蛋白質的加工修飾乳腺細胞機制尚不清楚。

5展望

動物乳腺生物反應器，創造了一個新的現代生物醫藥產業，已成為最活躍的研究領域之一，最具有商業前景的生物反應器技術。動物乳腺生物反應器，但仍有許多問題需要進一步研究和探索，但它仍然是一種理想的藥用蛋白的生產工具，在現代生物制藥技術有著不可比擬的優勢，將成為現代生物醫藥領域改革的方向，具有巨大的經濟價值和廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]孫紅武,歐陽五慶.轉基因動物制藥研究新進展[J].黑龍江畜牧獸醫,2003(12):60-61.

[2]王慶忠,李國榮,尹昆,等.乳腺生物反應器的研究現狀和產業化前景[J].生命科學,2005.17(1):76-81.

[3]韓玉剛,李建凡.動物生物反應器的研究現狀和進展[J].國外畜牧科技,2002.29(1):30233.

[4]薛京倫,盧大儒.乳腺生物反應器的研究現狀[J].生物技術通報,1998(3):17220.

[5]曹善東.動物克隆與轉基因動物乳腺生物反應器[J].臨沂師范學院報,2003.25(6):60263.

[6]劉森,梁國棟.利用動物乳腺生物反應器生產藥用蛋白[J].生物工程學報,2010.16(4):4212424.

[7]代長云,黃海軍,向敏,等.動物乳腺生物反應器研究進展[J].現代農業科技，2010(04)

[8]張進隆.乳腺生物反應器主要產品研究現狀[J].中國牛業科學，2010(04)

[9]田允波,唐冬生.動物乳腺生物反應器研究及產業化[J].廣東畜牧獸醫科技，2012(04)

[10]陳大元.加快技術整合進程推進生物工程產業化升級[J].動物科學與動物醫學，2013(09)

中圖分類號:Q789

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)06-0029-02

作者簡介：毛婕(1993.10-)，女，漢，江蘇鹽城人，就讀于鹽城市師范學院海洋與生物工程學院,預備黨員、學生會副主席，多次獲得一等獎學金、國家獎學金、校級三好學生、學風建設月活動先進個人等榮譽，研究方向：細胞生物學。