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发布日期:2023/7/28 12:01:00

现有的哺乳动物表达系统包括中国仓鼠卵巢(CHO)细胞,啮齿动物细胞系(NSO, BHK, SP2/0)和人类细胞系(HEK293细胞, PER, C6, CAP, 纤维瘤),其中CHO细胞和HEK293细胞占据重要地位。

常见哺乳动物细胞系

CHO-K1 细胞 :CHO-K1 细胞是实验中非常常用的一个细胞株,在生物制药中使用也非常广泛。该细胞株培养条件简单,贴壁强度适中,比较容易转染,很适合用它来研究一般哺乳动物基因的功能。

由 CHO 衍生而来,CHO 是 T. T. Puck 在 1957 年从一只成年中国仓鼠卵巢获得的。培养液:Ham's F12K(含 2 mM L - 谷氨酰胺,1.5 g/L NaHCO3), 10% 胎牛血清。传代:吸去培养液。用 0.25% (w/v) Trypsin- 0.53 mM EDTA 洗一次,以去除血清(血清会抑制胰酶的活性)。加 2 - 3 毫升 Trypsin-EDTA,放在 37℃ 培养箱内约 5 分钟,直到细胞全部脱落。加 6 - 8 毫升培养液,用移液器把细胞吹散。加适量的细胞到新的培养器皿中。(以 1:4 到 1:8 为宜,传代期间培养液更换 1 - 2 次)冻存:95% 培养液 + 5% DMSO 冻存于液氮。

293 细胞 :293 细胞比较容易转染,是一个很常用的表达研究外源基因的细胞株。293 细胞的一个衍生株:293T/ 17 的转染效率更高,成为广大研究者研究基因功能的一个强大工具。  293 细胞的缺陷是生长过程中贴壁强度比较小。所以在实验过程中容易流失,从而影响实验结果。如果一个实验室新得到的 293 细胞是邮寄得到的并且细胞在培养瓶中,就需要让细胞沉降几天时间,因为大量细胞会漂浮在培养液里。

该细胞基因组中含有腺病毒5(Ad5)DNA 。培养液: MEM(含 2 mM L - 谷氨酰胺和 Earle's BSS,1.5 g/L NaHCO3, 0.1 mM 非必需氨基酸,1.0 mM 丙酮酸钠), 10% 马血清(热灭活)。传代: 吸去培养液。用 0.25% (w/v) Trypsin- 0.53 mM EDTA 洗一次,以去除血清(血清会抑制胰酶的活性)。加 2 - 3 毫升 Trypsin-EDTA,放在 37℃ 培养箱内约 5 分钟,直到细胞全部脱落。加 6 - 8 毫升培养液,用移液器把细胞吹散。加适量的细胞到新的培养器皿中。(以 1:2 到 1:4 为宜,传代期间培养液 2 - 3 天更换 1 次)冻存:95% 培养液 + 5% DMSO 冻存于液氮。


哺乳动物细胞表达系统 

哺乳动物细胞是表达人类基因的系统,其优点是能够促进蛋白质正确折叠,提供准确的糖基化、乙酰化等多种翻译后修饰。它能通过构建信号肽使成熟的蛋白分泌到胞外,利用亲和纯化的方式,比较轻松地获得高活性的蛋白。基于哺乳动物细胞表达系统制备的重组蛋白,其高级结构、翻译后修饰、理化性质、生物化学活性更接近天然的高等生物蛋白质分子,被大量用于治疗性重组蛋白的生产。根据目的蛋白表达的时空差异,可将哺乳动物细胞表达系统分为瞬时、稳定和诱导表达系统。瞬时表达系统

宿主细胞在导入表达载体后不经选择培养,载体DNA随细胞分裂而逐渐丢失,目的蛋白的表达时间较短。相对于稳定表达系统,瞬时表达系统无需将外源基因整合到基因组上,避免了外源基因整合过程中位置效应的影响。优点:表达周期短,表达量高等。缺点:技术条件要求高,如质粒的纯度、转染的效率等。载体导入宿主细胞后,目的基因整合到细胞基因组上,不会随着细胞传代而消失,能够长期稳定的生产目的蛋白。优点:目的蛋白表达持久、稳定。缺点:由于需要抗性选择甚至加压扩增等步骤,稳定表达相对耗时耗力

诱导表达系统

目的基因的转录受外源小分子的诱导,可在特定的时间或特定的组织、细胞类型内表达,经诱导后目的基因的表达可大大提高。目前,基于四环素或多西环素的调节系统以及雌激素受体他莫昔芬系统应用较为广泛。参与诱导调控的因子与细胞内源性的因子间无相互作用,因此一方面目的基因的表达本身不受细胞内环境改变的影响,另一方面诱导药物对内源基因的表达无作用,因而具有很好的严谨性和特异性。

基于哺乳细胞表达的细胞特点

 由于哺乳动物细胞表达的细胞需要稳定持续生长,并且能够通过外源基因导入以实现目的基因的表达,需要动物组织通过层层筛选、培养优化获得。常用的细胞系包括HEK293(人胚肾细胞)和CHO(中国仓鼠卵巢细胞)这两种细胞,均采用悬浮细胞培养。然而哺乳动物表达系统也存在着一定的劣势,比如实验成本高、表达周期长、技术难度高等。哺乳动物细胞表达重组蛋白的最大问题是转染效率不高及所表达的蛋白质水平较低。但随着如今科研水平的进步,HEK293细胞及CHO细胞已被分别开发为有效的瞬时和稳定表达系统。以脂质体、磷酸钙或PEI作为转染试剂进行瞬时转染,HEK293细胞被广泛用于生产蛋白、疫苗、抗癌试剂及重组腺病毒包被等。HEK293瞬时表达相对简单和容易,但扩大规模却在技术上充满挑战,而CHO细胞通常用于稳定制备大量重组蛋白。

 HEK293细胞和CHO细胞是在真核蛋白表达系统中最常用的细胞,具有以下特点:
①具有准确的翻译后修饰功能,表达蛋白在任何方面都最接近天然状态;②具有重组基因的高效扩增和表达能力;③具有较高的耐受剪切力和渗透压能力,表达水平较高;④CHO属于成纤维细胞,是一种非分泌细胞,自身很少分泌内源蛋白,有利于目的蛋白的分离纯化;⑤HEK293细胞具有更高的生长密度和更快的生长速度优势,易培养,易转染。  HEK293作为一款全能细胞,在病毒生产和重组蛋白生产中有着举足轻重的地位,人胚肾细胞HEK293已获批用于凝血因子Fc融合蛋白商业化生产。现阶段科研实验中,最常用的生物药学蛋白制备宿主是CHO,在所有哺乳动物细胞表达系统中目前有70%的重组蛋白生物制剂源自于CHO,原因是其拥有极高的生产力(批量培养0.1-1g/L,分批培养1-10g/L),并且表现出持续良好的生长表型,适合大规模工业化培养,容易适应各种化学成分限定的培养基,不易被人类病毒感染,能够进行人类兼容的糖基化等诸多优点。

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