摘要：人类脱氧核糖核酸酶I（DNase1）是一种人体天然产生的内切酶，其能够降解胞外游离 DNA 并调节体内的免疫反应。早在 1958 年，DNase1 就被用于治疗慢性支气管炎和囊性纤维化等疾病，通过雾化吸入方式帮助患者清除肺部黏稠的痰液。目前，重组人 DNase

人类脱氧核糖核酸酶I（DNase1）是一种人体天然产生的内切酶，其能够降解胞外游离 DNA 并调节体内的免疫反应。早在 1958 年，DNase1 就被用于治疗慢性支气管炎和囊性纤维化等疾病，通过雾化吸入方式帮助患者清除肺部黏稠的痰液。目前，重组人 DNase1（商品名 Pulmozyme®）已成为治疗囊性纤维化的重要药物。

不仅如此，近年来的研究显示，DNase1 还可降解中性粒细胞胞外诱捕网（NETs），在败血症、ARDS（急性呼吸窘迫综合征）、系统性红斑狼疮等疾病的治疗上也颇具潜在价值。

然而，DNase1 现有的生产方式主要依赖于哺乳动物细胞，如中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，不仅成本高昂，且生产周期长，成为限制其大规模应用的重要瓶颈。

近日，德国鲁尔大学波鸿分校 Markus Napirei 研究团队在 PLOS One 期刊上发布了一项题为“Recombinant production of active human DNase I in the yeast Pichia pastoris”重要成果，他们尝试将人类DNase1的生产交由工业表达性能优异的酵母系统完成，最终在毕赤酵母中首次成功表达并纯化了 DNase1，这一突破有望大幅降低该酶的生产成本，从而为其在多种疾病中的大规模临床应用打下了基础。

图 | 研究团队成员

尽管之前就已有小鼠 DNase1 在毕赤酵母系统中表达成功的报道，但人类 DNase1 的生产却始终未能突破。原因之一是两者虽有超过 80% 的序列相似性，但在折叠方式和糖基化需求上存在显著差异。研究指出，毕赤酵母特有的高甘露糖型 N-糖基化可能会影响蛋白的正确折叠和分泌稳定性，进而导致产量偏低。

尽管如此，研究团队仍通过优化诱导条件、调整表达载体等手段，获得了具有完整酶活的人类 DNase1 蛋白产物。实验证实，优化条件后酵母表达的人类 DNase1 在结构和功能上均表现良好，能够有效降解线性和环状 DNA，且功能上已经接近当前临床所用药物 Pulmozyme。

图 | 酵母生产人类 DNase1 功能已经接近临床药品 Pulmozyme

更重要的是，利用毕赤酵母系统生产出的 DNase1 具备作为药用蛋白进一步开发的基础。与传统哺乳动物细胞 CHO 系统相比，利用毕赤酵母发酵所需时间更短、成本更低，更适合大规模生产，尤其适合扩大适应症和推广医保外使用。

不过，该酵母表达系统表达水平尚未达到工业化标准，仍有待进一步优化。研究人员正尝试通过筛选更强的启动子、改良信号肽序列以及对酵母的糖基化路径进行“人源化”改造，以提高蛋白质量和降低免疫原性。

总之，此次的研究标志着酵母系统在高难度蛋白药物表达领域的新突破。毕赤酵母不仅再次证明了其作为“微生物工厂”的产业潜力，也为重组人类酶类药物走向普及化、低成本、高效率的生产模式提供了可能。

参考文献：

1. Jan-Ole Krischek et al, Different results despite high homology: Comparative expression of human and murine DNase1 in Pichia pastoris, PLOS One (2025). DOI: 10.1371/journal.pone.0321094

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来源：生辉SciPhi