重組蛋白的應(yīng)用前景
日期：2024-01-26 10:34:34
蛋白質(zhì)是所有生物體的重要組成部分。每個蛋白質(zhì)分子都由一個或多個氨基酸多肽鏈組成。天然存在的氨基酸有 20 種。不同系列的氨基酸通過肽鍵連接在一起，形成蛋白質(zhì)鏈。每種蛋白質(zhì)都有獨特的氨基酸序列。
蛋白質(zhì)的所有功能都取決于其結(jié)構(gòu)。雖然生命所需的信息由 DNA 或 RNA 編碼，但蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)揮著廣泛的生物功能，包括酶催化、防御、運輸、支撐、運動和調(diào)節(jié)。
根據(jù)蛋白質(zhì)在體內(nèi)的功能，可將其分為不同類別，如抗體、酶、細(xì)胞因子、激素、向細(xì)胞傳遞信息的信號肽（信使）、結(jié)構(gòu)成分和運輸/儲存蛋白。鑒于蛋白質(zhì)的重要功能，人們對蛋白質(zhì)進行了深入的研究，并將其廣泛應(yīng)用。
過去，獲取特定蛋白質(zhì)的主要方法是從天然來源中分離蛋白質(zhì)，這種方法通常效率低、耗時長。近年來，重組分子生物學(xué)技術(shù)的進步使得將編碼特定蛋白質(zhì)的 DNA 克隆到表達(dá)載體中，并在細(xì)菌、酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動物細(xì)胞等表達(dá)系統(tǒng)中表達(dá)蛋白質(zhì)成為可能。
簡而言之，重組蛋白是外源 DNA 在活細(xì)胞中的翻譯產(chǎn)物。重組蛋白的生產(chǎn)一般包括兩個主要步驟：分子克隆和蛋白表達(dá)。目前，重組蛋白生產(chǎn)是生命科學(xué)領(lǐng)域最強大的技術(shù)之一。重組蛋白在醫(yī)學(xué)、科研和生物技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
1. 醫(yī)學(xué)
2. 研究
3. 生物技術(shù)
4. 重組蛋白的最新研究
4.1.重組蛋白與疾病
4.2.重組蛋白與疫苗
1. 醫(yī)學(xué)
人類的大多數(shù)疾病都與特定蛋白質(zhì)的系統(tǒng)或部分功能失調(diào)有關(guān)。治療蛋白質(zhì)為糖尿病、癌癥、傳染病、血友病和貧血等多種疾病提供了重要的治療手段。常見的治療蛋白包括抗體、FC 融合蛋白、激素、白細(xì)胞介素、酶和抗凝劑。
對用于治療的重組蛋白的需求日益增長。通過基因工程獲得的人類蛋白質(zhì)在治療藥物市場中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
目前，大多數(shù)重組治療蛋白質(zhì)都是在哺乳動物細(xì)胞中生產(chǎn)的，因為哺乳動物細(xì)胞能夠生產(chǎn)與天然蛋白質(zhì)相似的高質(zhì)量蛋白質(zhì)。此外，由于大腸桿菌的遺傳學(xué)特性良好、生長迅速且產(chǎn)量高，許多已獲批準(zhǔn)的重組治療蛋白都是在大腸桿菌中產(chǎn)生的。
治療用蛋白質(zhì)基本上可分為四類。
第一類：具有酶或調(diào)節(jié)活性的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)可替代缺乏或異常的蛋白質(zhì)，上調(diào)現(xiàn)有的通路，或提供新的功能或活性。
第二類：具有特殊靶向活性的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)可干擾某種分子或生物體，或傳遞其他分子。
第三類：作為疫苗的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)有助于抵御外來病原體、自身免疫性疾病和癌癥。
第四類：用作診斷的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)通常是純化蛋白質(zhì)和重組蛋白。
2. 研究
重組蛋白有助于闡明生物體的基本原理。這些分子可用于識別和定位特定基因編碼的蛋白質(zhì)的位置，并揭示其他基因在細(xì)胞信號、新陳代謝、生長、復(fù)制和死亡、轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)修飾等各種細(xì)胞活動中的功能。因此，重組蛋白經(jīng)常用于分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)和生物物理研究以及許多其他研究領(lǐng)域。
重組蛋白是了解蛋白質(zhì)間相互作用的有用工具。在 ELISA、Western Blot 和免疫組織化學(xué)（IHC）等多種實驗室技術(shù)中，重組蛋白的性能都得到了驗證。重組蛋白可用于開發(fā)酶測定法。與匹配的抗體對一起使用時，重組蛋白可用作 ELISA 標(biāo)準(zhǔn)品等標(biāo)準(zhǔn)品。此外，重組蛋白還可用作 Western 印跡的陽性對照。
3. 生物技術(shù)
重組蛋白還可用于工業(yè)、食品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和生物工程。例如，在養(yǎng)殖業(yè)中，可在動物飼料中添加酶，以提高飼料原料的營養(yǎng)價值，降低飼料和廢物管理成本，支持動物腸道健康，提高動物性能和改善環(huán)境。此外，乳酸菌（LAB）用于生產(chǎn)發(fā)酵食品由來已久，最近，LAB 被設(shè)計用于表達(dá)重組蛋白，這將有廣泛的應(yīng)用，如改善人類/動物的消化和營養(yǎng)。
然而，重組蛋白也有局限性。
* 在某些情況下，重組蛋白的生產(chǎn)復(fù)雜、昂貴且耗時。
* 在細(xì)胞中生產(chǎn)的重組蛋白可能與天然蛋白質(zhì)不同。這種差異可能會降低重組蛋白的治療效果，甚至導(dǎo)致副作用。此外，這種差異還可能影響實驗結(jié)果。
* 所有重組藥物的一個主要問題是免疫原性。所有生物技術(shù)生產(chǎn)的治療藥物都可能表現(xiàn)出某種形式的免疫原性。很難預(yù)測新型治療蛋白的安全性。
4. 重組蛋白的最新研究
在此，我們將從不同領(lǐng)域?qū)χ亟M蛋白的幾項研究進行統(tǒng)計。
4.1 重組蛋白與疾病
α-1-抗胰蛋白酶是一種由肝臟制造的蛋白質(zhì)，它被分泌到血液中，然后在體內(nèi)循環(huán)以保護肺部。無法產(chǎn)生這種蛋白質(zhì)的患者通常會定期定量地輸注從捐獻(xiàn)者血液中提取的α-1-抗胰蛋白酶蛋白質(zhì)。丹麥科技大學(xué)諾和諾德基金會生物可持續(xù)發(fā)展中心的研究人員成功地在 CHO 細(xì)胞中大規(guī)模生產(chǎn)出了α-1-抗胰蛋白酶。此外，研究人員還通過基因技術(shù)對蛋白質(zhì)進行了改良，從而獲得了與人類蛋白質(zhì)相似的具有特定糖結(jié)構(gòu)的重組治療蛋白質(zhì)。未來很可能不再需要人類供體。
喬治敦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這項研究發(fā)表在《科學(xué)報告》（Scientific Reports）上，該研究報告稱，在實驗室肥胖小鼠品系中強制表達(dá)蛋白質(zhì) FGFBP3（簡稱 BP3），結(jié)果顯示，盡管肥胖小鼠具有一直吃東西的遺傳傾向，但其脂肪量卻顯著減少。這項研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì) FGFBP3 可能為逆轉(zhuǎn)與代謝綜合征相關(guān)的疾病（如 2 型糖尿病和脂肪肝）提供了新的療法。但是，由于BP3是一種天然蛋白質(zhì)，而非人工藥物，因此重組人BP3的臨床試驗可在最后一輪臨床前研究之后開始。
PD-L2 是免疫檢查點療法的關(guān)鍵角色之一，是 2018 年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎的焦點。這項由美國的 James P Allison 教授和日本的 Tasuku Honjo 教授開創(chuàng)的研究工作，為黑色素瘤、肺癌等癌癥的治療提供了基于免疫檢查點療法的方法。最近，AMSBIO 在其免疫療法系列中增加了一個重要的新產(chǎn)品 - PD-L2 / TCR 激活劑 - CHO 重組細(xì)胞系。
4.2 重組蛋白和疫苗
人類乳頭瘤病毒（簡稱 HPV）不僅會導(dǎo)致女性患上宮頸癌，某些病毒株還會導(dǎo)致男性患上頭頸癌。目前，加衛(wèi)苗 9（Gardasil-9）被用來預(yù)防這種病毒。加衛(wèi)苗 9 由九種單獨的疫苗混合而成，可以預(yù)防多種人乳頭瘤病毒變種。但這種疫苗相對昂貴，很少有人買得起。
生命科學(xué)學(xué)院和免疫療法、疫苗和病毒療法生物設(shè)計中心的研究人員將 L2 蛋白附著在已有的乙肝病毒樣顆粒上，制成了 HPV VLP（病毒樣顆粒），然后他們將 L2 蛋白與抗體融合，獲得了重組免疫復(fù)合物。他們在植物中擴大了疫苗的規(guī)模，得到了一種更經(jīng)濟實惠、基于植物的疫苗，這種疫苗能激發(fā)針對人乳頭瘤病毒的強大、廣泛的保護性免疫反應(yīng)。這種疫苗模式也可應(yīng)用于其他傳染性病原體。下一步，研究人員希望在人類或非人靈長類動物身上測試疫苗的安全性和有效性。
愛丁堡大學(xué)和皮爾布萊特研究所的研究人員報告說，一種新的疫苗策略（也稱為使用專業(yè)重組病毒疫苗）可以為數(shù)百萬受到嚴(yán)重呼吸道疾病威脅的雞提供保護。這些疫苗使用無害或弱版的病毒或細(xì)菌，將微生物引入人體細(xì)胞。在這種情況下，專家們使用帶有不同尖峰蛋白的重組病毒作為疫苗，制造出兩種版本的無害病毒。
根據(jù)發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的最新研究，一種旨在保護人們免受拉沙熱和狂犬病侵襲的新型疫苗（也稱為 LASSARAB）在臨床前測試中顯示出良好的前景。這種候選滅活重組疫苗使用的是弱化的狂犬病病毒載體或載體。研究小組將拉沙病毒的遺傳物質(zhì)植入狂犬病病毒載體，使疫苗同時表達(dá)拉沙病毒和狂犬病病毒的表面蛋白。這些表面蛋白可促使人們對拉沙病毒和狂犬病病毒產(chǎn)生免疫反應(yīng)。然后對重組疫苗進行滅活處理，以 "殺死 "用于制造載體的狂犬病活病毒。
總體而言，生物技術(shù)領(lǐng)域的進步增加并促進了用于各種應(yīng)用的重組蛋白的生產(chǎn)。雖然重組蛋白還存在一些缺點，但其在醫(yī)學(xué)、科研和生物技術(shù)領(lǐng)域的作用是不可替代的。我們也期待著重組蛋白在治療各種疾病方面取得更大的進步。
蛋白質(zhì)的所有功能都取決于其結(jié)構(gòu)。雖然生命所需的信息由 DNA 或 RNA 編碼，但蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)揮著廣泛的生物功能，包括酶催化、防御、運輸、支撐、運動和調(diào)節(jié)。
根據(jù)蛋白質(zhì)在體內(nèi)的功能，可將其分為不同類別，如抗體、酶、細(xì)胞因子、激素、向細(xì)胞傳遞信息的信號肽（信使）、結(jié)構(gòu)成分和運輸/儲存蛋白。鑒于蛋白質(zhì)的重要功能，人們對蛋白質(zhì)進行了深入的研究，并將其廣泛應(yīng)用。
過去，獲取特定蛋白質(zhì)的主要方法是從天然來源中分離蛋白質(zhì)，這種方法通常效率低、耗時長。近年來，重組分子生物學(xué)技術(shù)的進步使得將編碼特定蛋白質(zhì)的 DNA 克隆到表達(dá)載體中，并在細(xì)菌、酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動物細(xì)胞等表達(dá)系統(tǒng)中表達(dá)蛋白質(zhì)成為可能。
簡而言之，重組蛋白是外源 DNA 在活細(xì)胞中的翻譯產(chǎn)物。重組蛋白的生產(chǎn)一般包括兩個主要步驟：分子克隆和蛋白表達(dá)。目前，重組蛋白生產(chǎn)是生命科學(xué)領(lǐng)域最強大的技術(shù)之一。重組蛋白在醫(yī)學(xué)、科研和生物技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
1. 醫(yī)學(xué)
2. 研究
3. 生物技術(shù)
4. 重組蛋白的最新研究
4.1.重組蛋白與疾病
4.2.重組蛋白與疫苗
1. 醫(yī)學(xué)
人類的大多數(shù)疾病都與特定蛋白質(zhì)的系統(tǒng)或部分功能失調(diào)有關(guān)。治療蛋白質(zhì)為糖尿病、癌癥、傳染病、血友病和貧血等多種疾病提供了重要的治療手段。常見的治療蛋白包括抗體、FC 融合蛋白、激素、白細(xì)胞介素、酶和抗凝劑。
對用于治療的重組蛋白的需求日益增長。通過基因工程獲得的人類蛋白質(zhì)在治療藥物市場中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
目前，大多數(shù)重組治療蛋白質(zhì)都是在哺乳動物細(xì)胞中生產(chǎn)的，因為哺乳動物細(xì)胞能夠生產(chǎn)與天然蛋白質(zhì)相似的高質(zhì)量蛋白質(zhì)。此外，由于大腸桿菌的遺傳學(xué)特性良好、生長迅速且產(chǎn)量高，許多已獲批準(zhǔn)的重組治療蛋白都是在大腸桿菌中產(chǎn)生的。
治療用蛋白質(zhì)基本上可分為四類。
第一類：具有酶或調(diào)節(jié)活性的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)可替代缺乏或異常的蛋白質(zhì)，上調(diào)現(xiàn)有的通路，或提供新的功能或活性。
第二類：具有特殊靶向活性的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)可干擾某種分子或生物體，或傳遞其他分子。
第三類：作為疫苗的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)有助于抵御外來病原體、自身免疫性疾病和癌癥。
第四類：用作診斷的治療蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)通常是純化蛋白質(zhì)和重組蛋白。
2. 研究
重組蛋白有助于闡明生物體的基本原理。這些分子可用于識別和定位特定基因編碼的蛋白質(zhì)的位置，并揭示其他基因在細(xì)胞信號、新陳代謝、生長、復(fù)制和死亡、轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)修飾等各種細(xì)胞活動中的功能。因此，重組蛋白經(jīng)常用于分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)和生物物理研究以及許多其他研究領(lǐng)域。
重組蛋白是了解蛋白質(zhì)間相互作用的有用工具。在 ELISA、Western Blot 和免疫組織化學(xué)（IHC）等多種實驗室技術(shù)中，重組蛋白的性能都得到了驗證。重組蛋白可用于開發(fā)酶測定法。與匹配的抗體對一起使用時，重組蛋白可用作 ELISA 標(biāo)準(zhǔn)品等標(biāo)準(zhǔn)品。此外，重組蛋白還可用作 Western 印跡的陽性對照。
3. 生物技術(shù)
重組蛋白還可用于工業(yè)、食品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和生物工程。例如，在養(yǎng)殖業(yè)中，可在動物飼料中添加酶，以提高飼料原料的營養(yǎng)價值，降低飼料和廢物管理成本，支持動物腸道健康，提高動物性能和改善環(huán)境。此外，乳酸菌（LAB）用于生產(chǎn)發(fā)酵食品由來已久，最近，LAB 被設(shè)計用于表達(dá)重組蛋白，這將有廣泛的應(yīng)用，如改善人類/動物的消化和營養(yǎng)。
然而，重組蛋白也有局限性。
* 在某些情況下，重組蛋白的生產(chǎn)復(fù)雜、昂貴且耗時。
* 在細(xì)胞中生產(chǎn)的重組蛋白可能與天然蛋白質(zhì)不同。這種差異可能會降低重組蛋白的治療效果，甚至導(dǎo)致副作用。此外，這種差異還可能影響實驗結(jié)果。
* 所有重組藥物的一個主要問題是免疫原性。所有生物技術(shù)生產(chǎn)的治療藥物都可能表現(xiàn)出某種形式的免疫原性。很難預(yù)測新型治療蛋白的安全性。
4. 重組蛋白的最新研究
在此，我們將從不同領(lǐng)域?qū)χ亟M蛋白的幾項研究進行統(tǒng)計。
4.1 重組蛋白與疾病
α-1-抗胰蛋白酶是一種由肝臟制造的蛋白質(zhì)，它被分泌到血液中，然后在體內(nèi)循環(huán)以保護肺部。無法產(chǎn)生這種蛋白質(zhì)的患者通常會定期定量地輸注從捐獻(xiàn)者血液中提取的α-1-抗胰蛋白酶蛋白質(zhì)。丹麥科技大學(xué)諾和諾德基金會生物可持續(xù)發(fā)展中心的研究人員成功地在 CHO 細(xì)胞中大規(guī)模生產(chǎn)出了α-1-抗胰蛋白酶。此外，研究人員還通過基因技術(shù)對蛋白質(zhì)進行了改良，從而獲得了與人類蛋白質(zhì)相似的具有特定糖結(jié)構(gòu)的重組治療蛋白質(zhì)。未來很可能不再需要人類供體。
喬治敦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這項研究發(fā)表在《科學(xué)報告》（Scientific Reports）上，該研究報告稱，在實驗室肥胖小鼠品系中強制表達(dá)蛋白質(zhì) FGFBP3（簡稱 BP3），結(jié)果顯示，盡管肥胖小鼠具有一直吃東西的遺傳傾向，但其脂肪量卻顯著減少。這項研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì) FGFBP3 可能為逆轉(zhuǎn)與代謝綜合征相關(guān)的疾病（如 2 型糖尿病和脂肪肝）提供了新的療法。但是，由于BP3是一種天然蛋白質(zhì)，而非人工藥物，因此重組人BP3的臨床試驗可在最后一輪臨床前研究之后開始。
PD-L2 是免疫檢查點療法的關(guān)鍵角色之一，是 2018 年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎的焦點。這項由美國的 James P Allison 教授和日本的 Tasuku Honjo 教授開創(chuàng)的研究工作，為黑色素瘤、肺癌等癌癥的治療提供了基于免疫檢查點療法的方法。最近，AMSBIO 在其免疫療法系列中增加了一個重要的新產(chǎn)品 - PD-L2 / TCR 激活劑 - CHO 重組細(xì)胞系。
4.2 重組蛋白和疫苗
人類乳頭瘤病毒（簡稱 HPV）不僅會導(dǎo)致女性患上宮頸癌，某些病毒株還會導(dǎo)致男性患上頭頸癌。目前，加衛(wèi)苗 9（Gardasil-9）被用來預(yù)防這種病毒。加衛(wèi)苗 9 由九種單獨的疫苗混合而成，可以預(yù)防多種人乳頭瘤病毒變種。但這種疫苗相對昂貴，很少有人買得起。
生命科學(xué)學(xué)院和免疫療法、疫苗和病毒療法生物設(shè)計中心的研究人員將 L2 蛋白附著在已有的乙肝病毒樣顆粒上，制成了 HPV VLP（病毒樣顆粒），然后他們將 L2 蛋白與抗體融合，獲得了重組免疫復(fù)合物。他們在植物中擴大了疫苗的規(guī)模，得到了一種更經(jīng)濟實惠、基于植物的疫苗，這種疫苗能激發(fā)針對人乳頭瘤病毒的強大、廣泛的保護性免疫反應(yīng)。這種疫苗模式也可應(yīng)用于其他傳染性病原體。下一步，研究人員希望在人類或非人靈長類動物身上測試疫苗的安全性和有效性。
愛丁堡大學(xué)和皮爾布萊特研究所的研究人員報告說，一種新的疫苗策略（也稱為使用專業(yè)重組病毒疫苗）可以為數(shù)百萬受到嚴(yán)重呼吸道疾病威脅的雞提供保護。這些疫苗使用無害或弱版的病毒或細(xì)菌，將微生物引入人體細(xì)胞。在這種情況下，專家們使用帶有不同尖峰蛋白的重組病毒作為疫苗，制造出兩種版本的無害病毒。
根據(jù)發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的最新研究，一種旨在保護人們免受拉沙熱和狂犬病侵襲的新型疫苗（也稱為 LASSARAB）在臨床前測試中顯示出良好的前景。這種候選滅活重組疫苗使用的是弱化的狂犬病病毒載體或載體。研究小組將拉沙病毒的遺傳物質(zhì)植入狂犬病病毒載體，使疫苗同時表達(dá)拉沙病毒和狂犬病病毒的表面蛋白。這些表面蛋白可促使人們對拉沙病毒和狂犬病病毒產(chǎn)生免疫反應(yīng)。然后對重組疫苗進行滅活處理，以 "殺死 "用于制造載體的狂犬病活病毒。
總體而言，生物技術(shù)領(lǐng)域的進步增加并促進了用于各種應(yīng)用的重組蛋白的生產(chǎn)。雖然重組蛋白還存在一些缺點，但其在醫(yī)學(xué)、科研和生物技術(shù)領(lǐng)域的作用是不可替代的。我們也期待著重組蛋白在治療各種疾病方面取得更大的進步。
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