重组蛋白的应用前景
日期：2024-01-26 10:34:34
蛋白质是所有生物体的重要组成部分。每个蛋白质分子都由一个或多个氨基酸多肽链组成。天然存在的氨基酸有 20 种。不同系列的氨基酸通过肽键连接在一起，形成蛋白质链。每种蛋白质都有独特的氨基酸序列。
蛋白质的所有功能都取决于其结构。虽然生命所需的信息由 DNA 或 RNA 编码，但蛋白质在生物体内发挥着广泛的生物功能，包括酶催化、防御、运输、支撑、运动和调节。
根据蛋白质在体内的功能，可将其分为不同类别，如抗体、酶、细胞因子、激素、向细胞传递信息的信号肽（信使）、结构成分和运输/储存蛋白。鉴于蛋白质的重要功能，人们对蛋白质进行了深入的研究，并将其广泛应用。
过去，获取特定蛋白质的主要方法是从天然来源中分离蛋白质，这种方法通常效率低、耗时长。近年来，重组分子生物学技术的进步使得将编码特定蛋白质的 DNA 克隆到表达载体中，并在细菌、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞等表达系统中表达蛋白质成为可能。
简而言之，重组蛋白是外源 DNA 在活细胞中的翻译产物。重组蛋白的生产一般包括两个主要步骤：分子克隆和蛋白表达。目前，重组蛋白生产是生命科学领域最强大的技术之一。重组蛋白在医学、科研和生物技术等领域有着广泛的应用。
1. 医学
2. 研究
3. 生物技术
4. 重组蛋白的最新研究
4.1.重组蛋白与疾病
4.2.重组蛋白与疫苗
1. 医学
人类的大多数疾病都与特定蛋白质的系统或部分功能失调有关。治疗蛋白质为糖尿病、癌症、传染病、血友病和贫血等多种疾病提供了重要的治疗手段。常见的治疗蛋白包括抗体、FC 融合蛋白、激素、白细胞介素、酶和抗凝剂。
对用于治疗的重组蛋白的需求日益增长。通过基因工程获得的人类蛋白质在治疗药物市场中发挥着关键作用。
目前，大多数重组治疗蛋白质都是在哺乳动物细胞中生产的，因为哺乳动物细胞能够生产与天然蛋白质相似的高质量蛋白质。此外，由于大肠杆菌的遗传学特性良好、生长迅速且产量高，许多已获批准的重组治疗蛋白都是在大肠杆菌中产生的。
治疗用蛋白质基本上可分为四类。
第一类：具有酶或调节活性的治疗蛋白质。这些蛋白质可替代缺乏或异常的蛋白质，上调现有的通路，或提供新的功能或活性。
第二类：具有特殊靶向活性的治疗蛋白质。这些蛋白质可干扰某种分子或生物体，或传递其他分子。
第三类：作为疫苗的治疗蛋白质。这些蛋白质有助于抵御外来病原体、自身免疫性疾病和癌症。
第四类：用作诊断的治疗蛋白质。这些蛋白质通常是纯化蛋白质和重组蛋白。
2. 研究
重组蛋白有助于阐明生物体的基本原理。这些分子可用于识别和定位特定基因编码的蛋白质的位置，并揭示其他基因在细胞信号、新陈代谢、生长、复制和死亡、转录、翻译和蛋白质修饰等各种细胞活动中的功能。因此，重组蛋白经常用于分子生物学、细胞生物学、生物化学、结构和生物物理研究以及许多其他研究领域。
重组蛋白是了解蛋白质间相互作用的有用工具。在 ELISA、Western Blot 和免疫组织化学（IHC）等多种实验室技术中，重组蛋白的性能都得到了验证。重组蛋白可用于开发酶测定法。与匹配的抗体对一起使用时，重组蛋白可用作 ELISA 标准品等标准品。此外，重组蛋白还可用作 Western 印迹的阳性对照。
3. 生物技术
重组蛋白还可用于工业、食品生产、农业和生物工程。例如，在养殖业中，可在动物饲料中添加酶，以提高饲料原料的营养价值，降低饲料和废物管理成本，支持动物肠道健康，提高动物性能和改善环境。此外，乳酸菌（LAB）用于生产发酵食品由来已久，最近，LAB 被设计用于表达重组蛋白，这将有广泛的应用，如改善人类/动物的消化和营养。
然而，重组蛋白也有局限性。
* 在某些情况下，重组蛋白的生产复杂、昂贵且耗时。
* 在细胞中生产的重组蛋白可能与天然蛋白质不同。这种差异可能会降低重组蛋白的治疗效果，甚至导致副作用。此外，这种差异还可能影响实验结果。
* 所有重组药物的一个主要问题是免疫原性。所有生物技术生产的治疗药物都可能表现出某种形式的免疫原性。很难预测新型治疗蛋白的安全性。
4. 重组蛋白的最新研究
在此，我们将从不同领域对重组蛋白的几项研究进行统计。
4.1 重组蛋白与疾病
α-1-抗胰蛋白酶是一种由肝脏制造的蛋白质，它被分泌到血液中，然后在体内循环以保护肺部。无法产生这种蛋白质的患者通常会定期定量地输注从捐献者血液中提取的α-1-抗胰蛋白酶蛋白质。丹麦科技大学诺和诺德基金会生物可持续发展中心的研究人员成功地在 CHO 细胞中大规模生产出了α-1-抗胰蛋白酶。此外，研究人员还通过基因技术对蛋白质进行了改良，从而获得了与人类蛋白质相似的具有特定糖结构的重组治疗蛋白质。未来很可能不再需要人类供体。
乔治敦大学领导的这项研究发表在《科学报告》（Scientific Reports）上，该研究报告称，在实验室肥胖小鼠品系中强制表达蛋白质 FGFBP3（简称 BP3），结果显示，尽管肥胖小鼠具有一直吃东西的遗传倾向，但其脂肪量却显著减少。这项研究结果表明，蛋白质 FGFBP3 可能为逆转与代谢综合征相关的疾病（如 2 型糖尿病和脂肪肝）提供了新的疗法。但是，由于BP3是一种天然蛋白质，而非人工药物，因此重组人BP3的临床试验可在最后一轮临床前研究之后开始。
PD-L2 是免疫检查点疗法的关键角色之一，是 2018 年诺贝尔生理学与医学奖的焦点。这项由美国的 James P Allison 教授和日本的 Tasuku Honjo 教授开创的研究工作，为黑色素瘤、肺癌等癌症的治疗提供了基于免疫检查点疗法的方法。最近，AMSBIO 在其免疫疗法系列中增加了一个重要的新产品 - PD-L2 / TCR 激活剂 - CHO 重组细胞系。
4.2 重组蛋白和疫苗
人类乳头瘤病毒（简称 HPV）不仅会导致女性患上宫颈癌，某些病毒株还会导致男性患上头颈癌。目前，加卫苗 9（Gardasil-9）被用来预防这种病毒。加卫苗 9 由九种单独的疫苗混合而成，可以预防多种人乳头瘤病毒变种。但这种疫苗相对昂贵，很少有人买得起。
生命科学学院和免疫疗法、疫苗和病毒疗法生物设计中心的研究人员将 L2 蛋白附着在已有的乙肝病毒样颗粒上，制成了 HPV VLP（病毒样颗粒），然后他们将 L2 蛋白与抗体融合，获得了重组免疫复合物。他们在植物中扩大了疫苗的规模，得到了一种更经济实惠、基于植物的疫苗，这种疫苗能激发针对人乳头瘤病毒的强大、广泛的保护性免疫反应。这种疫苗模式也可应用于其他传染性病原体。下一步，研究人员希望在人类或非人灵长类动物身上测试疫苗的安全性和有效性。
爱丁堡大学和皮尔布莱特研究所的研究人员报告说，一种新的疫苗策略（也称为使用专业重组病毒疫苗）可以为数百万受到严重呼吸道疾病威胁的鸡提供保护。这些疫苗使用无害或弱版的病毒或细菌，将微生物引入人体细胞。在这种情况下，专家们使用带有不同尖峰蛋白的重组病毒作为疫苗，制造出两种版本的无害病毒。
根据发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的最新研究，一种旨在保护人们免受拉沙热和狂犬病侵袭的新型疫苗（也称为 LASSARAB）在临床前测试中显示出良好的前景。这种候选灭活重组疫苗使用的是弱化的狂犬病病毒载体或载体。研究小组将拉沙病毒的遗传物质植入狂犬病病毒载体，使疫苗同时表达拉沙病毒和狂犬病病毒的表面蛋白。这些表面蛋白可促使人们对拉沙病毒和狂犬病病毒产生免疫反应。然后对重组疫苗进行灭活处理，以 "杀死 "用于制造载体的狂犬病活病毒。
总体而言，生物技术领域的进步增加并促进了用于各种应用的重组蛋白的生产。虽然重组蛋白还存在一些缺点，但其在医学、科研和生物技术领域的作用是不可替代的。我们也期待着重组蛋白在治疗各种疾病方面取得更大的进步。
蛋白质的所有功能都取决于其结构。虽然生命所需的信息由 DNA 或 RNA 编码，但蛋白质在生物体内发挥着广泛的生物功能，包括酶催化、防御、运输、支撑、运动和调节。
根据蛋白质在体内的功能，可将其分为不同类别，如抗体、酶、细胞因子、激素、向细胞传递信息的信号肽（信使）、结构成分和运输/储存蛋白。鉴于蛋白质的重要功能，人们对蛋白质进行了深入的研究，并将其广泛应用。
过去，获取特定蛋白质的主要方法是从天然来源中分离蛋白质，这种方法通常效率低、耗时长。近年来，重组分子生物学技术的进步使得将编码特定蛋白质的 DNA 克隆到表达载体中，并在细菌、酵母、昆虫细胞和哺乳动物细胞等表达系统中表达蛋白质成为可能。
简而言之，重组蛋白是外源 DNA 在活细胞中的翻译产物。重组蛋白的生产一般包括两个主要步骤：分子克隆和蛋白表达。目前，重组蛋白生产是生命科学领域最强大的技术之一。重组蛋白在医学、科研和生物技术等领域有着广泛的应用。
1. 医学
2. 研究
3. 生物技术
4. 重组蛋白的最新研究
4.1.重组蛋白与疾病
4.2.重组蛋白与疫苗
1. 医学
人类的大多数疾病都与特定蛋白质的系统或部分功能失调有关。治疗蛋白质为糖尿病、癌症、传染病、血友病和贫血等多种疾病提供了重要的治疗手段。常见的治疗蛋白包括抗体、FC 融合蛋白、激素、白细胞介素、酶和抗凝剂。
对用于治疗的重组蛋白的需求日益增长。通过基因工程获得的人类蛋白质在治疗药物市场中发挥着关键作用。
目前，大多数重组治疗蛋白质都是在哺乳动物细胞中生产的，因为哺乳动物细胞能够生产与天然蛋白质相似的高质量蛋白质。此外，由于大肠杆菌的遗传学特性良好、生长迅速且产量高，许多已获批准的重组治疗蛋白都是在大肠杆菌中产生的。
治疗用蛋白质基本上可分为四类。
第一类：具有酶或调节活性的治疗蛋白质。这些蛋白质可替代缺乏或异常的蛋白质，上调现有的通路，或提供新的功能或活性。
第二类：具有特殊靶向活性的治疗蛋白质。这些蛋白质可干扰某种分子或生物体，或传递其他分子。
第三类：作为疫苗的治疗蛋白质。这些蛋白质有助于抵御外来病原体、自身免疫性疾病和癌症。
第四类：用作诊断的治疗蛋白质。这些蛋白质通常是纯化蛋白质和重组蛋白。
2. 研究
重组蛋白有助于阐明生物体的基本原理。这些分子可用于识别和定位特定基因编码的蛋白质的位置，并揭示其他基因在细胞信号、新陈代谢、生长、复制和死亡、转录、翻译和蛋白质修饰等各种细胞活动中的功能。因此，重组蛋白经常用于分子生物学、细胞生物学、生物化学、结构和生物物理研究以及许多其他研究领域。
重组蛋白是了解蛋白质间相互作用的有用工具。在 ELISA、Western Blot 和免疫组织化学（IHC）等多种实验室技术中，重组蛋白的性能都得到了验证。重组蛋白可用于开发酶测定法。与匹配的抗体对一起使用时，重组蛋白可用作 ELISA 标准品等标准品。此外，重组蛋白还可用作 Western 印迹的阳性对照。
3. 生物技术
重组蛋白还可用于工业、食品生产、农业和生物工程。例如，在养殖业中，可在动物饲料中添加酶，以提高饲料原料的营养价值，降低饲料和废物管理成本，支持动物肠道健康，提高动物性能和改善环境。此外，乳酸菌（LAB）用于生产发酵食品由来已久，最近，LAB 被设计用于表达重组蛋白，这将有广泛的应用，如改善人类/动物的消化和营养。
然而，重组蛋白也有局限性。
* 在某些情况下，重组蛋白的生产复杂、昂贵且耗时。
* 在细胞中生产的重组蛋白可能与天然蛋白质不同。这种差异可能会降低重组蛋白的治疗效果，甚至导致副作用。此外，这种差异还可能影响实验结果。
* 所有重组药物的一个主要问题是免疫原性。所有生物技术生产的治疗药物都可能表现出某种形式的免疫原性。很难预测新型治疗蛋白的安全性。
4. 重组蛋白的最新研究
在此，我们将从不同领域对重组蛋白的几项研究进行统计。
4.1 重组蛋白与疾病
α-1-抗胰蛋白酶是一种由肝脏制造的蛋白质，它被分泌到血液中，然后在体内循环以保护肺部。无法产生这种蛋白质的患者通常会定期定量地输注从捐献者血液中提取的α-1-抗胰蛋白酶蛋白质。丹麦科技大学诺和诺德基金会生物可持续发展中心的研究人员成功地在 CHO 细胞中大规模生产出了α-1-抗胰蛋白酶。此外，研究人员还通过基因技术对蛋白质进行了改良，从而获得了与人类蛋白质相似的具有特定糖结构的重组治疗蛋白质。未来很可能不再需要人类供体。
乔治敦大学领导的这项研究发表在《科学报告》（Scientific Reports）上，该研究报告称，在实验室肥胖小鼠品系中强制表达蛋白质 FGFBP3（简称 BP3），结果显示，尽管肥胖小鼠具有一直吃东西的遗传倾向，但其脂肪量却显著减少。这项研究结果表明，蛋白质 FGFBP3 可能为逆转与代谢综合征相关的疾病（如 2 型糖尿病和脂肪肝）提供了新的疗法。但是，由于BP3是一种天然蛋白质，而非人工药物，因此重组人BP3的临床试验可在最后一轮临床前研究之后开始。
PD-L2 是免疫检查点疗法的关键角色之一，是 2018 年诺贝尔生理学与医学奖的焦点。这项由美国的 James P Allison 教授和日本的 Tasuku Honjo 教授开创的研究工作，为黑色素瘤、肺癌等癌症的治疗提供了基于免疫检查点疗法的方法。最近，AMSBIO 在其免疫疗法系列中增加了一个重要的新产品 - PD-L2 / TCR 激活剂 - CHO 重组细胞系。
4.2 重组蛋白和疫苗
人类乳头瘤病毒（简称 HPV）不仅会导致女性患上宫颈癌，某些病毒株还会导致男性患上头颈癌。目前，加卫苗 9（Gardasil-9）被用来预防这种病毒。加卫苗 9 由九种单独的疫苗混合而成，可以预防多种人乳头瘤病毒变种。但这种疫苗相对昂贵，很少有人买得起。
生命科学学院和免疫疗法、疫苗和病毒疗法生物设计中心的研究人员将 L2 蛋白附着在已有的乙肝病毒样颗粒上，制成了 HPV VLP（病毒样颗粒），然后他们将 L2 蛋白与抗体融合，获得了重组免疫复合物。他们在植物中扩大了疫苗的规模，得到了一种更经济实惠、基于植物的疫苗，这种疫苗能激发针对人乳头瘤病毒的强大、广泛的保护性免疫反应。这种疫苗模式也可应用于其他传染性病原体。下一步，研究人员希望在人类或非人灵长类动物身上测试疫苗的安全性和有效性。
爱丁堡大学和皮尔布莱特研究所的研究人员报告说，一种新的疫苗策略（也称为使用专业重组病毒疫苗）可以为数百万受到严重呼吸道疾病威胁的鸡提供保护。这些疫苗使用无害或弱版的病毒或细菌，将微生物引入人体细胞。在这种情况下，专家们使用带有不同尖峰蛋白的重组病毒作为疫苗，制造出两种版本的无害病毒。
根据发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的最新研究，一种旨在保护人们免受拉沙热和狂犬病侵袭的新型疫苗（也称为 LASSARAB）在临床前测试中显示出良好的前景。这种候选灭活重组疫苗使用的是弱化的狂犬病病毒载体或载体。研究小组将拉沙病毒的遗传物质植入狂犬病病毒载体，使疫苗同时表达拉沙病毒和狂犬病病毒的表面蛋白。这些表面蛋白可促使人们对拉沙病毒和狂犬病病毒产生免疫反应。然后对重组疫苗进行灭活处理，以 "杀死 "用于制造载体的狂犬病活病毒。
总体而言，生物技术领域的进步增加并促进了用于各种应用的重组蛋白的生产。虽然重组蛋白还存在一些缺点，但其在医学、科研和生物技术领域的作用是不可替代的。我们也期待着重组蛋白在治疗各种疾病方面取得更大的进步。
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