哺乳细胞表达系统如何提高表达量？

日期：2023-06-09 13:48:33

哺乳细胞表达系统是目前最常用的蛋白质表达与生产系统之一，广泛应用于药物研发、生物技术领域。然而，由于种种因素的影响（例如DNA序列、启动子、信号肽、转座子、转染方式等），蛋白质在哺乳细胞中的表达量往往不能满足实际需要。如何提高哺乳细胞表达系统的表达量，是一个备受关注的问题。本文就此进行探讨。

一、优化启动子

启动子是转录过程的起始位点，对基因表达调控起重要作用。常见的启动子有CMV、SV40以及EF1α等。在哺乳细胞表达系统中，CMV启动子是最为广泛使用的启动子之一，但是它在长时间表达时容易受到启动子取向效应和剪切效应的影响，导致表达水平下降。此时，可以采用其他常用启动子或构建自定义启动子，或者在CMV启动子的5'端添加增强子，来提高基因表达。

二、优化信号肽

信号肽是蛋白质分泌过程中最重要的调控元件之一，它决定了蛋白质的定位和适当的反式折叠。因此，对信号肽进行优化也是提高哺乳细胞表达系统表达量的重要手段。常用的信号肽如Igκ、tPA、hGH等，可以根据不同的目标蛋白进行选择或构建。

三、使用转座子

转座子是一种广泛存在于细菌和真核生物中的可移动遗传元件，能够引导DNA的自由运动，具有高效率和高精度的基因定位和修饰功能。因此，在哺乳细胞表达系统中使用转座子可以有效提高基因表达。主要有Sleeping Beauty、piggyBac、Tol2等转座子系统可供选择，其中Sleeping Beauty应用最为广泛。

四、优化细胞培养条件

细胞培养条件是影响表达的另一个重要因素。哺乳细胞表达系统中，常用的细胞为CHO、HEK293、293F等细胞。在细胞培养过程中，温度、CO2浓度、pH值、营养物质和培养时间等因素对细胞状况及蛋白质表达效果都有着重要作用。因此，合理优化细胞培养条件可以提高蛋白质表达量。

五、采用辅助技术

在哺乳细胞表达系统中，可采用以下辅助技术来优化基因表达。

（1）使用流式细胞术筛选高表达细胞：通过荧光标记融合蛋白，利用流式细胞术分离高表达细胞，提高表达水平。

（2）利用小分子化合物调节蛋白质表达：如butyrate和Na Butyrate可以促进CHO和HEK293细胞的表达，而dimethyl sulfoxide（DMSO）则能提高一些难表达的蛋白表达水平。

（3）辅助蛋白质折叠和翻译：如使用甘露醇、DMSO、辅酶Q10等小分子化合物，可以促进蛋白质折叠和翻译，提高表达水平。

优化哺乳细胞表达系统的表达量需要多方面的考虑，并非只有一个单一因素可以解决问题。需要针对具体的研究目的和实验条件，选择适当的优化方法和策略。