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生物反应器的乳腺

2021.5.26

  将所需目的基因构建入载体,加上适当的调控序列,转入动物胚胎细胞,使转基因动物分泌的乳汁中含有所需要药用蛋白。从融合基因转入胚胎细胞到收集蛋白质有一个过程,包括胚胎植入、分娩和转基因动物的生长。转基因动物从出生到第一次泌乳,猪、羊、牛各需12、14、16个月;并且只有雌性动物泌乳且不连续,一般可持续2、6、10个月。牛、羊等大型家畜能对药用蛋白进行正确的后加工,使之具有较高的生物活性,同时产奶量大,易于大规模生产,因而成为乳腺生物反应器理想的动物类型。

  抗凝血酶Ⅲ

  第一个进入临床试验的转基因蛋白产物是抗凝血酶Ⅲ,将半乳糖β-酪蛋白的启动子和含抗凝血酶Ⅲ基因序列相连,转入绵羊胚胎细胞,在转基因绵羊的乳液中得到有生物活性的蛋白产量可达7g/L[2]。目前该蛋白正用于冠状动脉旁路手术患者的二期临床验证。

  β-乳球蛋白

  在实验过程中人们发现牛的β-乳球蛋白(BLG)基因非常稳定,并能在乳腺中特异性表达。Hyttinen等[3]将含有5'端2.8kb和3'端1.9kb的牛BLG基因片段构建成载体,转入小鼠胚胎细胞,可在转基因小鼠的乳腺中特异表达高水平的BLG,此外,还发现CpG位点的甲基化程度与BLG的表达量有关,甲基化少的转基因小鼠乳液中BLG分泌量较大,可达1~2mg/ml,而其他转基因小鼠分泌量小于0.1mg/ml。

  红细胞生成素

  (EPO) 目前国内外均采用CHO细胞表达生产人EPO,成本比较昂贵,而用转基因动物生产的EPO,可能是一条理想的途径。将EPO dNA分别以HindⅢ和BamHI酶切,1%琼脂糖凝胶电泳回收5.4kb的HinⅢ/BamHI片段,插入pGEM-7zf(+)载体,再将867bp的BLG启动子插入EPO基因之前EcoR、ClaI位点,构建表达载体pGEM-3zf(+)β-LG-EPO。通过显微注射方法得到转基因小鼠乳汗中的EPO含量可达0.5μg/ml[4]。α1-抗胰蛋白酶这也是一个利用BLG基因构建的重组蛋白。将BLG5'末端4.0kb序列与人的α1-抗胰蛋白酶(α1AT)基因的6.5kb片段(去掉第一个内含子)融合,再连接羊的BLG启动子,以pPOLYⅢ-Ⅰ为载体,转入羊的胚胎细胞,可在转基因羊分泌的乳液中得到含量高达60.0mg/ml的重组蛋白α1AT[5]。转基因在两年前进入了临床验证。

  因子Ⅸ

  Schnieke等[6]将羊的BLG基因5'末端和人的因子Ⅸ cDNA 与含有BLG复制单元和3'末端的片段融合,将构建的杂合基因转入羊的胚胎细胞,从分泌的乳汁中得到125μg/ml的重组蛋白。黄淑帧教授等[7]构建了一个含有小鼠MAR元件、牛β-酪蛋白基因调控序列和hFⅨ微基因的hFⅨ乳腺组织特异性表达载体pMCⅨm,其中hF Ⅸ微基因包括全长hF Ⅸ cDNA ,800bp经过改造的内含子1序列和hFⅨ蛋白的信号肽序列。将线形化的表达载体pMC Ⅸm导入羊的受精卵。转基因羊分泌的乳汁中hFⅨ蛋白的含量约为95ng/ml。在另一实验中,Yull等[8]将BLG5'末端序列,fⅨ编码序列和缺失隐性3'端连接点的f Ⅸ3'末端不翻译区域的一个小片段融合,构成杂合基因,去掉SphI和SmaI位点,克隆入移去了pBJ41的SphI/EcoRV。转入小鼠胚胎细胞,得到的重组蛋白产量达0.06mg/ml。经过进一步研究,发现是转基因动物乳腺中对DNA的错误剪切使分泌量降低,从而增高重组蛋白产率。在乳腺组织中表达有完全活性的因子Ⅸ是比较成功的,尤其是乳腺组织对因子Ⅸ N端附近的一段含12个葡萄糖残基的序列进行γ-羧化以保持其活性,而在以前的天然蛋白中没有发现γ-羧化作用。

  因子Ⅷ

  人FⅧcDNA长约7.2kb,是目前为止表达的最长cDNA。将它插入小鼠的乳清酸性蛋白(WAP)基因中启动子(2.5kb)的下游,使之在乳腺中靶向分泌FⅧ重组蛋白。在WAP/FⅧcDNA构建的转基因小鼠中rFⅧ表达最低,而在转基因猪中可达1.0~2.7μg/ml[9]。

  单克降抗体

  Castilla等[10]将编码了重组单克降抗体(rMab)6A.C3的免疫球蛋白基因cDNA插入小鼠WAP dNA基因组的第一个外显子,使rMab 6A.C3的表达可以由WAP基因调控序列来控制,将构建的杂合基因注入小鼠胚胎细胞原核,使小鼠乳腺分泌有活性的单克降抗体,这种转基因表达产物将广泛应用于预防新生儿肠道感染。

  C蛋白

  同样在WAP基因的第一个外显子位点,Drews等[11]将人C蛋白cDNA插入,转入小鼠胚胎细胞,可得到产量达1.6mg/ml的重组蛋白。而将上述杂合基因转入猪的胚胎细胞,可使猪分泌出380μg/mlμg/ml·hr的外源蛋白,活性与人血浆中C蛋白的活性相同。由于C蛋白的抗凝活性依赖于轻链膜结合区域正确的γ-羧化,因此,转基因猪能分泌有活性的C蛋白表明猪的乳腺细胞可对C蛋白前体高速率地进行γ-羧化,以使成熟C蛋白有完整的活性。

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