乳腺生物反應(yīng)器在生物制藥領(lǐng)域研究進展

毛婕

(鹽城師范學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

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乳腺生物反應(yīng)器在生物制藥領(lǐng)域研究進展

毛婕

(鹽城師范學(xué)院，江蘇 鹽城 224000)

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

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因技術(shù)；動物乳腺反應(yīng)器；生物制藥

引言

外源基因?qū)雱游锘蚪M和在動物乳腺中表達，動物乳腺能夠高效利用合成蛋白質(zhì)及乳汁的分泌，在一些通用的轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白具有重要價值。利用乳腺生物反應(yīng)器降低生物醫(yī)藥成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)，具有極大的商業(yè)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(zhuǎn)基因技術(shù)高效表達乳汁。然而乳腺生物反應(yīng)器在應(yīng)用還上存在著很大的技術(shù)瓶頸。

1乳腺生物反應(yīng)器的原理

動物乳腺生物反應(yīng)器的原理是重組DNA技術(shù)的應(yīng)用和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，在乳腺特異性調(diào)控序列的外源基因下，然后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因動物乳腺表達的個體，獲得的表達產(chǎn)物。利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白的基本過程如圖1。

圖1用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)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(yīng)器表達載體的關(guān)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(diào)控乳蛋白基因的區(qū)域，即啟動序列的乳蛋白基因的表達在哺乳期。目前，在轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器主要是β-乳球蛋白基因的調(diào)控序列調(diào)控元件(BLG)，β-酪蛋白基因的調(diào)控序列，乳清酸蛋白(WAP)基因的調(diào)控序列和乳清白蛋白基因調(diào)控序列，乳腺組織特異表達的調(diào)控元件可以跨越物種界限。轉(zhuǎn)基因技術(shù)是乳腺生物反應(yīng)器制備的核心技術(shù)。目前，除了原核顯微注射法制備轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器的方法，逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的方法，和精子介導(dǎo)法，胚胎干細胞(ES)介導(dǎo)，基因打靶，體細胞克隆。所有的轉(zhuǎn)基因方法有其獨特的每種方法的優(yōu)點和局限性，但是轉(zhuǎn)基因顯微注射法仍然是主要的方法。

2乳腺生物反應(yīng)器的應(yīng)用

通過轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的主要的生物藥品：

2.1人乳鐵蛋白

乳鐵蛋白最早由科學(xué)家在母乳中的牛奶發(fā)現(xiàn)。隨后，在一些生物體的體液和各種細胞也發(fā)現(xiàn)這種蛋白。科學(xué)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(diào)節(jié)，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(shù)的發(fā)展和成熟，許多科學(xué)家開始注意到乳鐵蛋白的實用價值。科學(xué)家們利用分子生物學(xué)原理，已經(jīng)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(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，調(diào)節(jié)胃腸道鐵的吸收，和其他協(xié)同效應(yīng)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(zhì)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(zhuǎn)換或激活溶血酶原為溶血酶，進而導(dǎo)致蛋白質(zhì)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(fā)現(xiàn)的。通過靜脈注射藥物，該藥物能加速溶栓，疏通血液循環(huán)。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(diào)節(jié)脂肪酸的運輸和激素調(diào)節(jié)。當(dāng)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(yīng)用于臨床休克，肝壞死，燒傷，蛋白質(zhì)缺乏癥，成人呼吸綜合征，冠狀動脈移植術(shù)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(yīng)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(chǎn)人血白蛋白的使用將成為未來血清蛋白質(zhì)的主要來源。由于其廣泛的應(yīng)用，需求高，傳統(tǒng)工藝發(fā)酵不能滿足臨床的需要。轉(zhuǎn)基因動物制藥由于產(chǎn)量高，成本低的特點，是生產(chǎn)人血白蛋白的最好方式。

3乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點

轉(zhuǎn)基因動物乳腺是由轉(zhuǎn)基因動物乳腺的正常分泌，產(chǎn)生目的基因的表達產(chǎn)物。轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器與基因工程細胞反應(yīng)器相比，具有以下優(yōu)點

3.1生物藥品高活性、人源化

由于轉(zhuǎn)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(chǎn)量、高質(zhì)量

轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器中應(yīng)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(zhì)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(chǎn)也在這一范圍內(nèi)，然后在30%到50%的純母乳中的生物藥物。如此高的產(chǎn)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(chǎn)品活性可以保持完整，質(zhì)量也能夠改進。

3.3高效益、低成本

通過計算動物細胞培養(yǎng)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(zhuǎn)基因動物的使用只有0.5美元。奶牛每年可生產(chǎn)純蛋白40kg，奶山羊每年2.5～5kg，兔子每年只能生產(chǎn)純蛋白0.1kg。據(jù)估計，僅利用常規(guī)生物制藥成本太高，轉(zhuǎn)基因動物生物反應(yīng)器藥品生產(chǎn)，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(chǎn)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(yè)價值的轉(zhuǎn)基因動物的后代數(shù)量，大規(guī)模生產(chǎn)，并可以繼續(xù)從優(yōu)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(yīng)器來生產(chǎn)藥品的使用，能夠在人為控制條件下清潔畜牧業(yè)，不會消耗大量的能源，沒有從工業(yè)排放的有害化學(xué)物質(zhì)。動物乳腺是一個完美的“分子農(nóng)業(yè)”可以進行轉(zhuǎn)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(yīng)器生產(chǎn)藥物，生物活性好，非常接近自然的產(chǎn)品。在藥物蛋白生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生工業(yè)廢水，對環(huán)境無污染，乳腺生物反應(yīng)器的產(chǎn)品屬于純生物產(chǎn)品，質(zhì)量安全，無污染。

4乳腺生物反應(yīng)器存在的問題

雖然轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)已經(jīng)取得了一些成就，展示了廣闊的發(fā)展?jié)摿颓熬埃蓮V泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中存在許多理論和技術(shù)問題需要解決。

4.1外源基因在動物體內(nèi)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(diào)控，目的基因和整合機制的整合，所以對動物體內(nèi)的整合位點不適合基因轉(zhuǎn)移的選擇，經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的遺傳性狀，甚至缺乏等問題。

4.2轉(zhuǎn)基因表達產(chǎn)物的分離純化問題

表達產(chǎn)物往往是理論的內(nèi)容和含量高，但比發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化，載體構(gòu)建，體細胞克隆技術(shù)還不成熟。

4.3目的蛋白的翻譯后修飾問題

轉(zhuǎn)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(zhì)產(chǎn)生排斥作用的保護系統(tǒng)，蛋白水解過程，λ羧化不充分，糖基化形式與人類不同等。產(chǎn)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(yīng)器的理論突破性的技術(shù)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(fā)生異位表達導(dǎo)入外源基因，導(dǎo)致動物泌乳停止。乳蛋白基因的表達和調(diào)控機制，與宿主染色體整合目的基因的機制，在不同的生產(chǎn)性能差異的原因或基因表達調(diào)控元件，用于蛋白質(zhì)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(yīng)器，創(chuàng)造了一個新的現(xiàn)代生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，最具有商業(yè)前景的生物反應(yīng)器技術(shù)。動物乳腺生物反應(yīng)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(chǎn)工具，在現(xiàn)代生物制藥技術(shù)有著不可比擬的優(yōu)勢，將成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥領(lǐng)域改革的方向，具有巨大的經(jīng)濟價值和廣闊的應(yīng)用前景。

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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(xué)院海洋與生物工程學(xué)院,預(yù)備黨員、學(xué)生會副主席，多次獲得一等獎學(xué)金、國家獎學(xué)金、校級三好學(xué)生、學(xué)風(fēng)建設(shè)月活動先進個人等榮譽，研究方向：細胞生物學(xué)。