乳腺生物反应器在生物制药领域的研究进展

第39卷总第110期 2018年6月西北民族大学学报（自然科学版）

Journal of Northwest Minzu University (Natural Science)

!o l.39，No.2

June,2018

乳腺生物反应器在生物制药领域的研究进展

谢晶莹1!，张勇2,冯若飞

西北民族大学生物工程与技术国家民委重点实验室，甘肃兰州730030;

2.甘肃农业大学动物医学院，甘肃兰州730070).甘肃省动物细胞工程技术研究中心，甘肃兰州730030)

[摘要]乳腺生物反应器是利用转基因动物生产功能蛋白质的技术.这项技术开创了基因工程制药的新途径.而 其具有的低成本、高质量，稳定的生物学活性、较短的生产周期、较高的经济效益等一系列研发特点，使得这一生产方式 成为医药产业的主要手段.

[关键词]乳腺生物反应器；转基因动物；生物制药

[中图分类号]Q789;TQ460 [文献标识码]A[文章编号]1009-2102(2018)02-0057-06

动物生物反应器是利用转基因活体动物，在其器官或组织中高效表达某种外源蛋白，并进行工业化生产功能蛋白质的技术.根据目的蛋白表达部位的，可分为乳腺、血液、蛋清、尿液&、唾液腺等生物反应器[1].由于乳腺有高表达重组蛋白翻译后修饰的能力$%，乳腺生物反应器是目前国际上一证明可以达到商业化的生物反应器.首例转基因是 D N A注 小 中，塔胚植人雌性小鼠子宫产生的$].的乳腺生物反应器研究则始于1987年G o r d o n等的工作.G o r­don 等4首次 转基因小鼠乳腺生物反应器，并 表达 织型纤溶酶原激活剂（tP A).此后

一 转基因 心技术的生物制药公司相继建立，例 兰G e n p h a r m公司和美国G T C公司.

G e n p h a r m公司用转基因牛生产乳白，而G T C公司用山羊乳腺生物反应器生产的重组人抗凝

1(A T r y n)， 个在药监局和美国F D A相继获准上市的生物工程药物.乳腺生物反应器是一种全新的生产模式.与需要特定培境 培养基的哺乳细胞表达系统相比，其最大的在于能够得到高产量，并且具有天象的蛋白质，而且成本低廉$].在生物医药行业具有更广阔的应用前景.本文仅对乳腺生物反应器的原理、优势，在生物制药领域的应用以及未来的应用前景方面做一简要综述.

1乳腺生物反应器的原理

乳腺生物反应器（m a m m a ry g la n d b io re a c to r)是指利用哺乳动物乳腺特异性表达，并通过乳腺的正常分泌作用，以期从转基因 乳汁中获取重白的一种生物反应器$].乳腺反应器的原理是丨码活 白的基因导人的受 或 内，以制备转基因 ，利用雌 产 乳腺分泌乳汁的特点，利用乳蛋白基因的乳腺特调控元件源基因在动物乳腺中的高效表达，从而在乳汁

[收稿日期]2018-05-10

[基金项目]教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目（(R T J17R88);西北民族大学“双一流”引导专项生物工程特色学科（10018703)001070204).

[通讯作者]冯若飞，男， ，主要从事分子免疫学研究.

[作者简介] ，女，满族，博士研究生，主要从事分子病毒学研究.

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中源源不断地获得外源性蛋白".

2乳腺生物反应器的优势

与利用微生物或细胞发酵生产药用重组蛋白的传统技术相比，转基因动物乳腺生物反应器具有不可比拟的优势.①乳腺生产药用重组蛋白产量高、成本低、易纯化.哺乳动物的乳腺是高度分化的腺体，具有超强的蛋白质合成能力，尤其是经过改良后的动物品系，其乳腺的蛋白质合成能力更强.现有研究报道，动物乳腺中表达外源蛋白的含量可高达g/L*.分离纯化是乳腺生物反应器研制成功后，投人规模化生产的下游关键步骤.由于乳汁中蛋白质种类相对较少，因此更易于药用重组蛋白分离纯化，且生 产工艺简单[8].②表达产物可被充分修饰且生物活性稳定.哺乳动物乳腺细胞相对于原核生物及酵母具有更完善的翻译后修饰和加工能力，从而能保证表达产物在生化组成，结构及生物学功能等方面最大限度地接近天然蛋白％.③无环境污染.乳腺生物反应器在产品的生产和纯化过程中没有毒性物质或有害物质释放[1°].④转基因动物乳腺生物反应器技术对动物自身的伤害小.哺乳动物的乳腺是个相对封闭的分泌系统，能有效地防止其特异性表达的重组蛋白进人循环系统，因而对转基因动物健康的伤害很小.⑤乳腺生物反应器的产业具有巨大市场潜力和巨额利润.G T C公司上市的A T r y n预计每年市值7 亿美元.另据美国红十字会分析，人血清白蛋白（H S A)、人纤维蛋白原（h F IB)、人蛋白C (h P C)、人凝 血因子h F-1和h F-3的市场潜力年估值均在几亿和十几亿美元之间[11].

3乳腺生物反应器的应用

目前，乳腺生物反应器的主要应用有以下三个方面：第一是生产药用蛋白；第二是建立转基因动物的生物反应器;第三是提高乳品质.

3.1 生产药用蛋白

抗凝血酶1(A n tith ro m b in 1,A T 1)是血浆中最重要的一个抗凝血酶因子，在维持血液的凝血与抗凝血平衡中起重要作用.青岛森淼实业有限公司开展了利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用蛋白的研究工作，建立了乳腺生物反应器的开发平台，其中利用乳腺生物反应器生产rh A T1已经达到大规模生产的要求$2].

蛋白C，又称凝血酶原I I A和凝血因子X I V，其活化形式在调节人及其他动物的抗凝血、炎症、细胞 死亡和维持血管壁通透性等方面起着重要作用[13].活化蛋白C (A c t p a t e d P r o t e m C A P C)因其活性部位含有丝氨酸残基而被归类为丝氨酸蛋白酶[14].在人类中，蛋白6是由-R06基因编码的，该基因存在于2号染色体上[15].人蛋白C (h P C)是一种维生素5依赖的血浆糖蛋白，具有抗凝血活性，由25 K D 轻链和41 K D重链组成.已有多种宿主表达系统用来生产重组h P C.M a c a s W L等应用H E K293细 胞生产r h P C用于脓毒症的治疗$7].转基因猪乳腺也被用来生产重组h P C.乳腺细胞生产的重组蛋白易于纯化，而且表达量优于其他表达系统[18，19].

人凝血因子V I I I对缺乏人凝血因子V I I I所致的凝血机能障碍具有纠正作用.其主要用于防治由凝血因子V I I I(F V I I I)缺陷引起的出血性疾病，如甲型血友病.W a n g Q等应用转基因小鼠乳腺生物反应器高效并特异性表达了人重组凝血因子V I I I.通过对比两种不同启动子的重组表达载体P lA3-h F V I-I I B D和C M V-h F V I I I B D在小鼠乳汁中蛋白表达水平以及蛋白活性，发现P lA3-h F V I I I B D更适用于在乳腺生物反应器中生产h F V I I I[2°].

人体组织型纤溶酶原激活剂（tP A)是纤维蛋白溶解的关键激酶，溶解纤维蛋白凝块以促进血栓溶解过程中起到重要作用.虽然t P A是目前临床上用于治疗血栓疾病的主要生物药品之一，但其存在着不可避免的缺点，如出血副作用较大、半衰期短等$1].Song S Z等成功构建了重组人纤溶酶原激活剂的转基因兔乳腺生物反应器，而且表达的蛋白是分泌到乳汁中的.乳汁中9P A表达水平可达到15.2.630 0/m L.经纤维蛋白琼脂糖平板检测显示r h P A具有强溶栓生物活性，最高的比活性是药品阿替普酶的360倍$2].

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