构建新型的高效哺乳动物细胞表达系统及其在CHO细胞中的应用

摘要

通过分析20多年来欧美已批准上市的生物技术药物，可以发现哺乳动物细胞高效表达系统已经是生物技术制药研究中的一项重要内容。哺乳动物细胞作为表达天然活性蛋白的最佳宿主，具有易被转染、遗传稳定、产物可分泌表达、并易于纯化和大规模生产等方面的优势。但是与大肠杆菌表达系统相比，当前的哺乳动物细胞表达系统还处在表达水平低、研发周期长、细胞大规模培养成本高的阶段。因此，建立哺乳动物细胞高效的表达体系不仅能提高目的蛋白的产量，还能有效地缩短研发周期、节省大量培养的费用，极大地推动了生物制药行业生物技术药物的发展。
　　 目前获得高表达工程株最常用的方法是通过随机整合方式筛选高表达株，采用的高效表达载体却是多种多样，大致分为基因扩增和非扩增两种方式。以基因扩增方法来获得高表达工程株是目前生物技术制药领域的主导形式，包括DHFR-MTX和GS-MSX两种方式，其特点是研发周期长。而以非基因扩增的方式来获得高表达工程株正逐渐兴起，采取的主要形式包括选择强启动子，弱化筛选基因启动子，添加增强子、内含子、绝缘子、核基质附着区(SAR/MAR)、染色质开放元件(UCOE)、反抑制元件(STAR)等。比起基因扩增来说，该方法具有研发周期短、获得的高表达株外源蛋白产量相对比较稳定。
　　 本研究构建的高效哺乳动物细胞表达系统选择以整合酶的方式辅助表达载体在宿主细胞染色体上的整合，采用的整合酶是一种能在哺乳动物细胞中高效作用的噬菌体φC31整合酶。为防止位置效应带来的影响，本研究还在报告基因绿色荧光蛋白(GFP)表达框的两侧加有绝缘子cHS4，包括完整绝缘子和核心绝缘子两种类型。为检测构建系统的有效性，实验采用脂质体Lipofectamine2000共转染表达φC31整合酶的质粒和报告基因GFP的表达载体。实验结果表明，φC31整合酶在哺乳动物细胞CHO中具有高效的介导作用，不仅能提高克隆细胞团的形成率，还可提高阳性克隆团的形成率。从随机挑选的单克隆细胞株表达GFP的水平来看，携带有绝缘子cHS4的表达载体略高于随机整合实验组的GFP表达水平。比较完整绝缘子和核心绝缘子的作用效果，发现核心绝缘子能更好的提高报告基因的表达量，具体原因尚不明确，推测与宿主CHO细胞系中表观遗传特性有关。
　　 本课题颠覆常规，首次以整合酶辅助的方式取代传统的随机整合，效果上取得了相当可喜的成绩。然而美中不足的是绝缘子cHS4没能在CHO细胞系中对外源基因的表达取得实质性的提高，对于新的能提高外源基因表达水平的顺式元件还值得进一步探讨。