纳米抗体重组表达系统介绍

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一．纳米抗体重组表达系统



1. 原核表达系统：利用大肠杆菌表达纳米抗体具有几个优势：大肠杆菌遗传背景清晰、基因操作简单、易培养。另外，大肠杆菌表达系统具有成熟的操作方法以及大量常用的表达载体和宿主。在大肠杆菌中表达纳米抗体有两种表达策略：信号肽介导的周质表达和细胞质表达。纳米抗体在周质中的表达量通常较低，为提高纳米抗体在周质的表达水平，可将纳米抗体与标签蛋白进行融合表达。大肠杆菌中表达纳米抗体常用的表达宿主如下表所示：




菌株

特点

BL21（DE3）

高效表达克隆于含有噬菌体T7启动子的表达载体（如pET系列）

Rosetta

可增强带有大肠杆菌稀有密码子的真核蛋白的表达

SHuffle

提供胞质内氧化环境，有利于目的蛋白二硫键的正确折叠

Arctic Express

低温诱导菌株

HB2151

琥珀终止密码子非抑制性菌株，实现蛋白展示和单体表达的转换

   

2.真核表达系统



2.1 酵母细胞：真核细胞具有高级折叠、翻译后修饰等功能，这些特点能提高抗体（包括全长IgG）的分泌量。酵母是一种低等的单细胞真核生物，相对于其他真核细胞来说，其生长周期短，易培养，基因操作简单。酿酒酵母遗传背景清楚，长期应用在食品和医药工业，安全可靠，不产生毒素，因此成为生产抗体的重要表达系统之一。纳米抗体J区某些氨基酸能参与内质网中分子伴侣的募集，从而缩小酿酒酵母与哺乳动物细胞分子伴侣机制的差异，有利于纳米抗体折叠动力学，进而影响纳米抗体在酿酒酵母中的产量。

2.2丝状真菌：木霉和曲霉属的部分丝状真菌具有高效的蛋白分泌能力，能将大量的蛋白质和代谢物分泌到培养基中。为提高抗体的表达量，抗体基因片段可被插入到表达载体中与葡糖淀粉酶启动子及葡糖淀粉酶的N端进行融合表达，同时引入KexB等酶切位点，以便获得目的蛋白。

2.3昆虫细胞：纳米抗体在昆虫表达系统中实现高产量表达，而IgG、scFv及Fab在昆虫表达系统中产量较低，强启动子控制下结构复杂蛋白可能来不及形成正确折叠及翻译后修饰，导至目的蛋白发生聚集，降低抗体产量。

2.4哺乳动物细胞：生产重组抗体及抗体片段目前最主要的细胞是CHO、NS0、Sp2/0和HEK293。大多数文献中采用CHO生产抗体/抗体片段，迄今为止，50%工业上生产的治疗性蛋白仍然由CHO生产。



二．提高纳米抗体产量的策略



2.1分子水平：利用基因合成设计技术对基因编码序列进行密码子优化，使其翻译效率最大化，可有效增加蛋白质的表达量；表达速率控制是与重组抗体产量相关的一个重要因素，基于lac启动子及其衍生启动子能够实现抗体及抗体片段的更高产量；大肠杆菌中可通过提高蛋白折叠效率增加重组蛋白可溶性，分子伴侣（GroEL/GroES等）或折叠酶（Dsb家族蛋白）过表达细胞（SHuffle），均可提高重组抗体的产量。

2.2表达水平：原核表达系统适合表达不需要糖基化的小分子抗体，如scFv，VHH等；真核表达系统能够对重组蛋白进行糖基化等翻译后修饰，适合表达治疗性抗体；在纳米抗体培养过程中使用营养成分丰富的培养基及维持pH稳定有助于细胞生长，使细胞维持高密度，有利于抗体产量的提高。

提高纳米抗体的生产水平将能够显著降低成本。可以从三个方面提高纳米抗体的产量：基因水平方面，对目的基因序列的修饰及载体表达元件的优化等；表达水平方面，对表达系统、宿主、载体的选择及培养条件的优化等。



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