生命科学研究在各个领域的渗透，越来越多的基因被发现。利用蛋白表达系统表达目的基因是研究基因功能及其相互作用的重要手段。重组蛋白表达技术通过载体将目的基因导入宿主细胞，借助宿主的蛋白表达生产机制生产目标蛋白。大肠杆菌、酵母、昆虫、哺乳动物等原核或真核细胞用作宿主细胞，配合丰富多样的载体，为蛋白质研究奠定了坚实基础。

四大蛋白表达系统

1. 原核表达系统

原核和真核动物细胞表达系统之间的主要区别在于基础构造不同。原核细胞的细胞壁及其简单的构造可承受剧烈的温度变化并在热冲击过程中生存，且没有细胞核、内质网或高尔基体等细胞运输和翻译后修饰的关键元器。

大肠杆菌E.coli蛋白表达系统，大肠杆菌是工业中大规模生产用于治疗用途蛋白质（特别是非糖基化蛋白质）的首选表达宿主，具有遗传背景清晰、增殖快、表达水平高、抗污染能力强、培养条件简单、经济实惠等优点。但也存在一些问题：易形成包涵体、内毒素残留、不能进行翻译后加工修饰等。

应用范围：无需特殊修饰蛋白，如细胞生长因子、抗原、重组蛋白等，应用于制备抗原、蛋白酶活性检测、蛋白互作、分子免疫学、结构生物学等领域。

推荐用途：治疗性蛋白，工业化酶，抗原，功能及结构研究。

 

2. 真核表达系统

天然存在的大部分蛋白质需要在表达后进行复杂的翻译后修饰，如糖基化，才可以发挥其正确的生物学功能。原核表达系统基因组简单，不能表达翻译后修饰所需的酶。真核表达系统拥有更复杂的蛋白表达机制和更高的翻译精度。具有翻译后加工修饰体系，可以表达分泌复杂的蛋白质，表达的外源蛋白更接近于天然蛋白质。在制药领域，世界上几乎所有的生物制药公司都依赖于使用基于真核动物细胞的稳定细胞系来生产生物制剂。

真核哺乳细胞模拟图

真核表达系统主要包括酵母系统、昆虫杆状病毒系统、以及哺乳动物细胞系统。

酵母表达系统代表有酿酒酵母、甲醇酵母等。酵母表达系统具有翻译后糖基化机制接近高等真核生物、易实现高密发酵，经济、快速、产量高等优点，缺点为表达的蛋白质糖基化与人源糖基化有较大差异，如甘露糖修饰比例高。一般用来表达细胞因子、小分子类蛋白、酶类等相关产品。酵母表达系统发酵密度高时，酵母的蛋白酶能够降解表达的目的蛋白，引起目的蛋白C端或N端氨基酸降解，因此用于该系统生产的相关产品对于产品完整性的检测至关重要。

昆虫杆状病毒表达系统周期相对较短。该系统载体的构建主要针对杆状病毒，而非昆虫细胞系本身，大大缩短了从基因克隆到蛋白表达的时间。

哺乳动物细胞表达系统适合表达糖基化蛋白和空间结构较复杂蛋白质，表达产物一般存在于细胞质中。通常在基因构建时在目的蛋白前加一段信号肽，使表达产物会分泌到细胞外。哺乳动物细胞具有较好的翻译后修饰系统，表达的蛋白生物学活性更加接近天然蛋白。常用的哺乳动物细胞中，仓鼠细胞有CHO，BHK等，人类细胞包含293、HT-1080、HuH-7等，老鼠细胞常用NS0、Sp2/0等，其中，CHO细胞表达体系已经成为生物制药最重要的表达系统。

 

3. 表达系统的选择

各表达系统特点

 

选择合适的宿主系统至关重要，有文献数据统计，2014年PDB中记录的重组蛋白有超过88%的重组蛋白是由大肠杆菌表达的。但对于治疗性重组蛋白、病毒载体和疫苗生产而言，最主要的平台是真核动物细胞表达系统。

选择表达系统主要考虑蛋白质的大小、需要表达的蛋白的量、蛋白来源的物种，以及蛋白质是否有二硫键和翻译后修饰。另外宿主本身的特性、载体质粒的选择等因素都会影响最后蛋白表达的结果。

 

原核E.coli表达系统不仅修饰和折叠功能不完善，当目标蛋白大于50kDa 时可能还表达出不完整蛋白。真核哺乳动物细胞表达系统，除了成本高和相对复杂之外，似乎也没什么缺点，随着表达技术不断突破，已逐步成为主流系统。

哪些情形更适合用真核表达呢？下面我们以碰到的真实案例举例：

1.蛋白来源于真核，因真核密码子偏好更适合用真核表达。

2.膜蛋白、细胞因子类蛋白或大分子蛋白，原核系统不表达的或只形成包涵体，可尝试真核表达。

3.需要活性蛋白。

4.重组抗体的表达。

5.想制备一个重要的IP或流式应用的抗体，推荐表达真核蛋白作为抗原免疫动物。

6.因物种特殊等原因市面买不到的蛋白。

 

FOLR2_MOUSE，蛋白质表达项目（C3028）

项目前分析：

项目建议：用293细胞表达全长蛋白

 真核表达蛋白表达胶图验证：

（泳道4和6均为蛋白洗脱液，可见蛋白表达成功）