在抗體研發(fā)過程中，一旦完成抗體的發(fā)現(xiàn)、先導物篩選和表征工作，研究人員便需要選擇合適的表達系統(tǒng)，來生產(chǎn)目的抗體（圖1）。蛋白質(zhì)的復雜性、翻譯后修飾（PTMs）以及下游應用平臺等是表達系統(tǒng)選擇時必須考量的因素。本文旨在探討最常用的重組表達系統(tǒng)之間的差異以及各自的優(yōu)缺點，從而為研究人員提供參考。                                           

圖1 抗體生產(chǎn)方法（A）動物免疫法，（B）雜交瘤技術(shù)，（C）測序后重組表達。

重組表達系統(tǒng)

哺乳動物表達系統(tǒng)

哺乳動物細胞具備出色的PTMs能力，能夠確保蛋白質(zhì)正確折疊和糖基化，保持抗體的結(jié)合親和力、穩(wěn)定性以及效應功能，所以被用作生產(chǎn)哺乳動物抗體的首選宿主。該系統(tǒng)已被廣泛用于生產(chǎn)治療、診斷以及生物醫(yī)學研究用途的重組單克隆抗體（mAbs）（表1）。

多個物種的細胞可用于構(gòu)建哺乳動物表達系統(tǒng)，如人類細胞（HEK293）、倉鼠細胞（CHO）和小鼠細胞（NS0）。目前超70%已獲批準的治療性蛋白由CHO細胞生產(chǎn)，原因包括：1.可懸浮培養(yǎng)，具備高生產(chǎn)力與適應性，利于大規(guī)模工業(yè)培養(yǎng)；2.可在無血清培養(yǎng)基中生長，批次間一致性好；3.對人類病毒敏感性低，確保生產(chǎn)抗體用于治療的安全性；4.易于基因編輯，能表達所需特性。

CHO細胞也有一些缺點，例如：1.可能發(fā)生基因組重排，影響生產(chǎn)。2.CHO細胞缺乏特定的唾液酸轉(zhuǎn)移酶和巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶，無法產(chǎn)生所有人類糖基化模式。此外它們還會產(chǎn)生人類中不表達的聚糖，例如α-半乳糖和N-羥乙酰神經(jīng)氨酸（NGNA），這有可能誘導免疫原性或者影響效應功能。鑒于這些原因，人們一直在努力改造CHO細胞系，以產(chǎn)生更有利的糖型。

另一種方法是使用人類細胞系，它們可以產(chǎn)生人類的PTMs，從而降低額外加工的成本，消除非人類聚糖的免疫原性。例如，人類胚胎腎293細胞（HEK293）能夠產(chǎn)生人類PTMs，可用無血清培養(yǎng)基懸浮培養(yǎng)，易大規(guī)模生產(chǎn)。然而，HEK293細胞易受人類病毒感染，所以在用于臨床疾病治療時，必須考慮生產(chǎn)抗體的安全性和有效性。

細菌表達系統(tǒng)

細菌因為培養(yǎng)技術(shù)簡單、成本低，表達蛋白能力強、可通過乳糖調(diào)節(jié)蛋白表達等優(yōu)點，也被廣泛應用于重組蛋白的表達（表1）。然而，細菌由于過于簡單，不具備復雜PTMs能力，可能影響抗體的功能。因此，細菌表達系統(tǒng)通常用于生產(chǎn)無需糖基化的抗體亞單位，而非表達完整抗體。

大腸桿菌和枯草芽孢桿菌是目前應用最為廣泛的細菌表達系統(tǒng)。大腸桿菌具有操作簡單、生長快速、成本效益高、商業(yè)化表達載體多、可連續(xù)發(fā)酵等優(yōu)勢，既簡單又用途廣泛。然而，大腸桿菌缺乏對蛋白質(zhì)的正常功能、折疊和穩(wěn)定性至關重要的細胞機制，例如糖基化、磷酸化、硫酸化以及二硫鍵形成。由于缺少伴侶蛋白系統(tǒng)，蛋白質(zhì)錯誤折疊會導致細菌內(nèi)部形成包涵體。在這種情況下，必須從包涵體中提取蛋白質(zhì)并進行重新折疊。此外，大腸桿菌可能會積累內(nèi)毒素，限制了其在治療領域的應用?？莶菅挎邨U菌不會產(chǎn)生有害內(nèi)毒素，因此在某些情況下會作為替代方案被選擇。然而，它也有缺點，即會產(chǎn)生一種細胞外蛋白酶，能夠降解目標蛋白質(zhì)。

酵母表達系統(tǒng)

酵母表達系統(tǒng)能夠進行部分PTMs，并且成本比哺乳動物細胞低（表1），已被廣泛用于表達疫苗、藥品和診斷的蛋白。酵母的一個優(yōu)勢是其內(nèi)膜系統(tǒng)，有助于將表達的蛋白質(zhì)分泌到細胞外環(huán)境中。此外，酵母能夠產(chǎn)生正確折疊的可溶性重組蛋白質(zhì)，產(chǎn)生功能性PTMs。與哺乳動物相比，酵母基因組的易編輯性進一步提升了其生產(chǎn)能力。

然而，酵母表達系統(tǒng)也存在重大缺陷。釀酒酵母無法精確模擬哺乳動物糖基化，會產(chǎn)生過度糖基化現(xiàn)象。因此，研究者更傾向于選擇糖基化更接近哺乳動物的畢赤酵母。研究人員正在致力開發(fā)具有完全人源化唾液酸化糖蛋白的改造酵母，以解決過度糖基化相關問題。盡管存在這些限制，酵母仍然適用于生產(chǎn)具有中等糖基化要求的研究或診斷用途抗體。

植物表達系統(tǒng)

隨著技術(shù)的發(fā)展，植物已經(jīng)能夠以極高的產(chǎn)量生產(chǎn)出有效的中和抗體。植物表達系統(tǒng)能夠生產(chǎn)具有真核生物PTMs和正確折疊的抗體（表1）。此外，植物可以在田間種植，使得生產(chǎn)成本極為低廉，并且與其他表達系統(tǒng)相比更容易擴大規(guī)模。然而，植物表達系統(tǒng)會受到產(chǎn)量波動、污染以及易遭受病蟲害的影響；而且產(chǎn)生的重組蛋白質(zhì)可能儲存在葉子和種子中，這給下游蛋白質(zhì)分離純化帶來了困難。

昆蟲表達系統(tǒng)

昆蟲表達系統(tǒng)自20世紀80年代中期便開始投入使用，其中最受青睞的當屬桿狀病毒表達載體系統(tǒng)（BEVS）。桿狀病毒能夠?qū)⒛繕说鞍撞迦肜ハx細胞中，且對人類無害。昆蟲細胞可以產(chǎn)生類似于哺乳動物的PTMs，然而其糖基化模式并不與人一致，從而導致生物功能可能發(fā)生變化。昆蟲表達系統(tǒng)的優(yōu)點是培養(yǎng)條件較為容易，并且能夠同時表達多個基因。不過，由于桿狀病毒感染最終會致使細胞死亡，所以重組蛋白必須分批生產(chǎn)，這就導致了其批次間一致性差的問題（表1）。

表1 不同重組表達系統(tǒng)的優(yōu)缺點

多克隆抗體的重組表達

動物的天然免疫反應借助復雜的多克隆抗體（pAbs）來有效地對抗疾病。動物免疫被廣泛應用于生產(chǎn)經(jīng)過自然親和力成熟的多抗。這種方法雖然快速便捷有效，但也給多抗的生產(chǎn)帶來了批次間一致性差，可重復性低的問題。越來越多的證據(jù)顯示，將動物免疫與抗體測序和重組表達技術(shù)相結(jié)合，是解決該問題的有效途徑。這種方法生產(chǎn)的抗體，既保留了多抗的優(yōu)勢，又有良好的批次間一致性和安全性。近期研究發(fā)現(xiàn)，多克隆重組抗體（rAbs）的表現(xiàn)與原始多抗一樣出色，甚至更優(yōu)。產(chǎn)生rAbs的過程如下（圖2）。

圖2 重組多克隆抗體復現(xiàn)原始多抗性能

Rapid Novor（快序生物）的蛋白從頭測序技術(shù)

l  獲得準確無誤的抗體序列是重組表達生產(chǎn)準確、可靠、高質(zhì)量的特異性抗體，實現(xiàn)預期目標的先決條件。

l  Rapid Novor（快序生物）是全球首個高通量自動化單抗測序服務商，每周通量可達數(shù)百項目。

l  Rapid Novor（快序生物）的REmAb單抗測序技術(shù)可以精準測定任何物種和亞型單抗的全長氨基酸序列，準確區(qū)分I/L同分異構(gòu)體，鑒定抗體的翻譯后修飾。

l  Rapid Novor（快序生物）的REpAb抗體發(fā)現(xiàn)技術(shù)可以對血清多抗直接測序，獲得輕重鏈正確配對，經(jīng)親和力驗證的抗體序列，復現(xiàn)原始多抗的優(yōu)異性能。

參考資料

[1] https://www.rapidnovor.com/antibody-production-guide-recombinant-expression-system/