乳腺生物反应器在生物制药领域研究进展

毛婕

(盐城师范学院，江苏 盐城 224000)



乳腺生物反应器在生物制药领域研究进展

毛婕

(盐城师范学院，江苏 盐城 224000)

摘要：文章综述了乳腺生物反应器的原理、应用、优点、问题,并对其发展方向进行了展望。利用乳腺生物反应器获得的药用蛋白在生物制药工业中具有广阔的应用前景。然而，目前使用的转基因技术由于其固有的局限性，未能使乳腺生物反应器的研究取得了很大的进步。基因打靶和核移植技术已成为乳腺生物反应器的发展注入了新的活力。本文总结了乳腺生物反应器的优点与问题，同时说明乳腺生物反应器在生物制药研究领域的必要性。

关键词：转基因技术；动物乳腺反应器；生物制药

引言

外源基因导入动物基因组和在动物乳腺中表达，动物乳腺能够高效利用合成蛋白质及乳汁的分泌，在一些通用的转基因动物生产药用蛋白具有重要价值。利用乳腺生物反应器降低生物医药成本，便于大规模生产，具有极大的商业价值。目前世界上有很多成功例子，可以通过外源基因动物转基因技术高效表达乳汁。然而乳腺生物反应器在应用还上存在着很大的技术瓶颈。

1乳腺生物反应器的原理

动物乳腺生物反应器的原理是重组DNA技术的应用和转基因技术，在乳腺特异性调控序列的外源基因下，然后转移基因到原核期或1～22动物胚胎细胞的受精卵，通过回收乳汁。通过胚胎移植后转基因动物乳腺表达的个体，获得的表达产物。利用转基因动物生产药用蛋白的基本过程如图1。

图1用转基因动物生产药用蛋白的基本过程

提高外源基因表达量是乳腺生物反应器表达载体的关键步骤。在乳腺组织中特异表达外源基因，需要一个启动子和调控乳蛋白基因的区域，即启动序列的乳蛋白基因的表达在哺乳期。目前，在转基因动物乳腺生物反应器主要是β-乳球蛋白基因的调控序列调控元件(BLG)，β-酪蛋白基因的调控序列，乳清酸蛋白(WAP)基因的调控序列和乳清白蛋白基因调控序列，乳腺组织特异表达的调控元件可以跨越物种界限。转基因技术是乳腺生物反应器制备的核心技术。目前，除了原核显微注射法制备转基因动物乳腺生物反应器的方法，逆转录病毒介导的方法，和精子介导法，胚胎干细胞(ES)介导，基因打靶，体细胞克隆。所有的转基因方法有其独特的每种方法的优点和局限性，但是转基因显微注射法仍然是主要的方法。

2乳腺生物反应器的应用

通过转基因动物乳腺生物反应器生产的主要的生物药品：

2.1人乳铁蛋白

乳铁蛋白最早由科学家在母乳中的牛奶发现。随后，在一些生物体的体液和各种细胞也发现这种蛋白。科学家们做了大量的研究，研究表明，乳铁蛋白是一种多功能蛋白。法国的研究人员通过实验研究，证实乳铁蛋白能对细胞分裂活性和解毒酶活性的调节，并能增强自然杀伤细胞的活性。此外，乳铁蛋白能明显抑制细胞的生长。近年来，随着生物制药技术的发展和成熟，许多科学家开始注意到乳铁蛋白的实用价值。科学家们利用分子生物学原理，已经完成了在实验室中对乳铁蛋白功能的进行研究，并临床试验，确定了七个功能，对人体有：广谱抗菌效果，抗病毒作用，抗氧化，抗癌，调节免疫反应，调节胃肠道铁的吸收，和其他协同效应药物。

2.2人组织型溶纤酶原激活因子

溶栓因子是一种蛋白质分子组成，这些分子可以使血块溶解引起的心肌梗塞和脑血栓形成。HTPA是成员之一，它自然存在于人体，可以转换或激活溶血酶原为溶血酶，进而导致蛋白质溶解度对骨架成分血纤维血栓形成。通常是在血管壁的细胞中发现的。通过静脉注射药物，该药物能加速溶栓，疏通血液循环。与其他溶栓药物相比，人组织型纤溶酶原激活剂溶液有高效力，血栓形成的特异性高，副作用小，低死亡率等特点。人组织型纤溶酶原激活剂溶液是第三代溶栓药物，第一，二代溶栓药物有尿激酶和链激酶。

2.3人血白蛋白

人血白蛋白在维持体液平衡的同时也是最重要的血液蛋白之一，它还参与调节脂肪酸的运输和激素调节。当静脉注射给药，通过渗透作用的过程，人血白蛋白可以增加血容量。广泛应用于临床休克，肝坏死，烧伤，蛋白质缺乏症，成人呼吸综合征，冠状动脉移植术等。全球每年需求量为500吨，是目前的主要来源是通过人的血液中提取。由于广泛流行的艾滋病，肝炎，应用更多的同时人类血液提取人血白蛋白更多的限制。基因工程生产人血白蛋白的使用将成为未来血清蛋白质的主要来源。由于其广泛的应用，需求高，传统工艺发酵不能满足临床的需要。转基因动物制药由于产量高，成本低的特点，是生产人血白蛋白的最好方式。

3乳腺生物反应器的优点

转基因动物乳腺是由转基因动物乳腺的正常分泌，产生目的基因的表达产物。转基因动物乳腺生物反应器与基因工程细胞反应器相比，具有以下优点

3.1生物药品高活性、人源化

由于转基因动物属于高等真核生物，彻底解决的问题是翻译后能够修饰，并且确保了生物药物的生物活性。这些基因都是从人体获得，彻底解决免疫排斥的问题，治疗效果非常显著。

3.2高产量、高质量

转基因动物乳腺生物反应器中应用最为广泛的，效果是最好的。乳汁分泌，乳汁中的天然蛋白质总含量约占3%，主要乳蛋白占总蛋白的12%。如果基因药物的生产也在这一范围内，然后在30%到50%的纯母乳中的生物药物。如此高的产量和纯度，不仅可以大大降低制造成本，而且可以简化纯化工作程序。此外，由于操作步骤的纯化过程中减少，生物制药的产品活性可以保持完整，质量也能够改进。

3.3高效益、低成本

通过计算动物细胞培养方法对1g药物蛋白的使用量，目前的价格约为800美元至5000美元，然而转基因动物的使用只有0.5美元。奶牛每年可生产纯蛋白40kg，奶山羊每年2.5～5kg，兔子每年只能生产纯蛋白0.1kg。据估计，仅利用常规生物制药成本太高，转基因动物生物反应器药品生产，单位成本很低。动物乳腺表达外源基因可以遗传给后代，所以一旦可以产生一些有价值的动物蛋白的个体，可以通过人工授精，胚胎分裂和其他手段克隆扩大商业价值的转基因动物的后代数量，大规模生产，并可以继续从优良品种动物后代中获取巨额利润。

3.4低耗能、少污染

动物乳腺生物反应器来生产药品的使用，能够在人为控制条件下清洁畜牧业，不会消耗大量的能源，没有从工业排放的有害化学物质。动物乳腺是一个完美的“分子农业”可以进行转化和重组蛋白，包括糖基化处理，磷酸化，羧基和分子组装等。利用动物乳腺生物反应器生产药物，生物活性好，非常接近自然的产品。在药物蛋白生产过程中不产生工业废水，对环境无污染，乳腺生物反应器的产品属于纯生物产品，质量安全，无污染。

4乳腺生物反应器存在的问题

虽然转基因动物乳腺生物反应器技术已经取得了一些成就，展示了广阔的发展潜力和前景，可广泛应用于实际生产中存在许多理论和技术问题需要解决。

4.1外源基因在动物体内的整合位点问题

因为人们还没有完全掌握乳蛋白基因表达的调控，目的基因和整合机制的整合，所以对动物体内的整合位点不适合基因转移的选择，经常出现不稳定的遗传性状，甚至缺乏等问题。

4.2转基因表达产物的分离纯化问题

表达产物往往是理论的内容和含量高，但比发酵工程的目的蛋白纯化简单，删除所有可能引起病变的细菌，病毒和人类过敏性蛋白和乳汁中的其他微生物，这些问题将对蛋白的纯化带来一定的困难。转基因动物的成功率低，制造成本低，目的蛋白的表达水平远低于牛奶，总蛋白含量的基因分离，转化，载体构建，体细胞克隆技术还不成熟。

4.3目的蛋白的翻译后修饰问题

转基因动物可以将外源蛋白修改，和动物身上所有的外源物质产生排斥作用的保护系统，蛋白水解过程，λ羧化不充分，糖基化形式与人类不同等。产品安全问题，外源基因在动物和基因药物的入侵对正常的身体功能的任何影响，会造成基因污染，很难确定。为了解决在动物乳腺生物反应器的理论突破性的技术路线，在进一步的研究中存在的问题和逐步提高。

4.4外源基因在动物乳腺中特异表达问题

一些基因发生异位表达导入外源基因，导致动物泌乳停止。乳蛋白基因的表达和调控机制，与宿主染色体整合目的基因的机制，在不同的生产性能差异的原因或基因表达调控元件，用于蛋白质的加工修饰乳腺细胞机制尚不清楚。

5展望

动物乳腺生物反应器，创造了一个新的现代生物医药产业，已成为最活跃的研究领域之一，最具有商业前景的生物反应器技术。动物乳腺生物反应器，但仍有许多问题需要进一步研究和探索，但它仍然是一种理想的药用蛋白的生产工具，在现代生物制药技术有着不可比拟的优势，将成为现代生物医药领域改革的方向，具有巨大的经济价值和广阔的应用前景。

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中图分类号:Q789

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)06-0029-02

作者简介：毛婕(1993.10-)，女，汉，江苏盐城人，就读于盐城市师范学院海洋与生物工程学院,预备党员、学生会副主席，多次获得一等奖学金、国家奖学金、校级三好学生、学风建设月活动先进个人等荣誉，研究方向：细胞生物学。