转基因动物----乳腺生物反应

转基因动物----乳腺生物反应

摘要：文章分析了乳腺生物反应器的发展背景、研究概况；从定义、原理、建立乳腺反应器的基本方法方面详细的讲解了相关知识；从现在应用的相关生物工程技

术入手，分析了各种方法的可借鉴优点以及存在的不足，并且提出了可以解决

的办法；展望将来乳腺生物反应器广阔的科研前景和巨大的经济潜力。

关键词：乳腺生物反应器；生物工程；转基因技术

在新技术革命的影响下，传统的化学药物模式正在为生理药学模式逐步替代，预示着医药工业体系的划时代变革。在生物工程药物的生产中，基因工程技术的运用显示出了其无与伦比的优越性：基因工程技术能明显提高生化药物的生产效率；基因工程提供了大规模制取传统技术难以制备的人体内活性物质的技术；基因工程药物对过去难以治疗的一些病症有特殊效果。基因工程药物一般毒副作用较小。

1980年Gordon 用显微注射法将外源胸苷激酶基因转入小鼠基因组,首开转基因小鼠之先河。1982年,Ｐalmiter 等成功地获得了转人生长激素的“硕鼠”轰动了整个生命科学领域。1987年Ｇordon 将人组织纤溶酶原激活剂(t-PA)cDNA与小鼠乳清酸蛋白(WAP)基因启动区构建融合表达结构,首建乳腺生物反应器小鼠模型。1991年Wright等在羊的乳腺中表达了人抗胰蛋白酶基因，且其含量高达35g/L。此后，转基因动物乳腺生物反应器的研究进一步深入，相继获得了多种珍贵蛋白，人α1-抗胰蛋白酶、人尿激酶、人凝血因子Ⅸ等诸多重要蛋白在转基因动物中业已获得有效表达,显示出乳腺生物反应器美好的应有前景

转基因动物最初以改变家畜的生产性状而受到重视。近年来，以转基因动物乳腺作为生物反应器来大规模生产有治疗价值的重组蛋白质，引起人们的广泛关注。

转基因动物是指通过实验方法,人工地把外源基因导入动物的受精卵(或早期胚胎细胞),使外源基因与动物本身的基因组整合在一起,因而外源基因能随细胞的分裂而增殖,并能稳定地遗传给下一代的一类动物.

转基因动物——乳腺生物反应器得到广泛利用以生产药物蛋白,好比在动物身上建"药厂",可以从动物乳汁中源源不断地获得具有稳定生物活性的基因产品.这是一种全新的药物生产模式,具有投资成本低,药物研制周期短和经济效益高等优点.它已经成为生物技术领域发展的重要方向。乳房生物反应器是指人类通过对某种动物（如牛、羊）的遗传基因进行改造，使这些动物的乳房可以产生和分泌出人类所需要的某些物质。乳房生物反应器，是用转基因动物的乳房（或乳腺）代替发酵罐，源源不断的生产供人类治疗疾病和保健用的药物。

动物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。乳腺生物反应器生产的外源蛋白种类广泛，从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可有效生产。乳腺生物反应器的应用主要体现在四个方面：建立转基因动物生物反应器模型；生产药用珍稀蛋白；提高乳汁的营养价值，并降低有达物质的含量。

制备乳腺生物反应器的关键是保证目的蛋白特异性在乳腺中的高效表达，传统表达载体都是选用某种乳蛋白基因的调控序列作为启动子元件。目前，已经克隆并用作构建载体的乳蛋白基因主要有β-乳球蛋白（BLG）基因、aS1-酪蛋白基因、β-酪蛋白基因、乳清酸蛋白（WAP）以及乳清白蛋白基因。动物乳腺生物反应器常用的转基因技术除了显微注射法外，

还有逆转录病毒介导的转基因、精子介导的转基因和胚胎干细胞(ES细胞)介导的转基因等。

显微注射技术（microinjection）

以显微注射法转外源基因没有长度上的限制，目前已证明数百kb之DNA片段均可以成功产制出转基因动物。但随机整合可能破坏重要的内源性DNA 序列或激活细胞的致癌基因；产生的转基因动物常常是嵌合体；不能在胚胎早期确定性别等缺点。

逆转录病毒介导法（RMGT）

逆转录病毒介导的基因技术，是目前将外源基因导入细胞的最有效的方法。此法优点在于转染谱广，可感染包括人体在内的多种动物细胞类型，一次可感染大量细胞，转染率高达100%。但载体的滴度较低，且此载体容纳的外源基因量较少，不利于较大的基因的插入。

精子介导的转基因

包括精子载体技术和胞内精子注射技术(ICSI)。前者尚未得到多数科学家的认可；后者于1999年由Perry等建立，转基因效果尚不确切。

胚胎干细胞介导的转基因

该方法是从胚泡期胚胎的内细胞群中分离细胞，培养这些细胞，并用外源基因进行转染，外源基因通过随机插人或同源重组的方式整合到干细胞的基因组中；通过抗生素筛选、富集被转染的细胞，把被转染的细胞转移进感受态胚囊，将其移人假孕个体的体内，从而获得转基因动物。

核移植技术的常规化需要在众多方面加以改进，特别是针对围产期胚胎死亡和细胞体外长期培养对克隆胚胎造成的不利影响，说明对早期胚胎发生和核移植中供体细胞核与受体卵母细胞质的细胞周期协调关系的研究还须进一步阐明。

我国的施履吉院士在20世纪80年代初就提出了乳腺生物反应器的构想并获得了表达乙肝病毒表面抗原的转基因兔。1996 年10 月，复旦大学遗传所和上海医学遗传所合作成功地获得了表达有活性的F-IX蛋白的转基因小鼠和5只转基因绵羊，真正开始了我国的乳腺反应器构建工作。1998年，上海医学遗传研究所构建成以牛酪蛋白基因启动子驱动F-IX基因表达的表达载体，显微注射到山羊受精卵的雄原核，成功制备了5头转基因羊。上海医学遗传研究所于1999年2月，得到一头带有人血清白蛋白基因的转基因牛。2000年，中国农大和北京兴源生物科技中心合作，将改造的人AAT 基因显微注射到山羊受精卵原核中，获得了3只带有人AAT 的转基因山羊。近几年来的成功报道仍限于显微注射等常规方法，离国外尚有一定差距。

前景展望

专家介绍，动物乳腺生物反应器是上世纪九十年代继微生物发酵和哺乳动物细胞培养技术之后发展起来的最新基因工程制药和蛋白生产技术，也是生物技术领域中商业前景最为灿烂的高新技术之一。

动物乳腺生物反应器是利用转基因技术在动物乳腺器官生产高附加值蛋白质，从而使动物乳腺发展成为"蛋白生产车间"。利用该技术生产的重组蛋白不仅可开发成具有天然活性的蛋白药物，还可开发成保健品、功能食品、工业用蛋白和生物材料等。与传统的制药产业相比，具有安全、高效、廉价以及高效益等优点，尤其是解决了原核基因工程制药需要蛋白的后加工和修饰的难题，也解决了细胞生物反应器的高成本问题。

目前成功的实例说明体细胞打靶和核移植相结合制备乳腺生物反应器是发展的重要趋势。许多国家政府和大型制药企业竞相投入巨资资助乳腺生物反应器产品的开发和生产，使乳腺反应器研制和产业化呈现日益加速的趋势。利用乳腺反应器生产营养活性蛋白，如需求