摘要：哺乳动物蛋白表达是指将目标基因导入哺乳动物细胞（如CHO、HEK293等）后，利用其与人类高度相似的转录、翻译及翻译后修饰机制，在细胞内合成并加工目标蛋白的过程。哺乳动物细胞表达系统因其具备天然的折叠机制和复杂的翻译后修饰（PTMs），能够生成高度活性、结构最

哺乳动物蛋白表达是指将目标基因导入哺乳动物细胞（如CHO、HEK293等）后，利用其与人类高度相似的转录、翻译及翻译后修饰机制，在细胞内合成并加工目标蛋白的过程。哺乳动物细胞表达系统因其具备天然的折叠机制和复杂的翻译后修饰（PTMs），能够生成高度活性、结构最接近天然蛋白的表达产物，因此在重组蛋白药物研发、功能研究与结构分析中具有不可替代的优势。

常用的哺乳动物宿主细胞系的选择

CHO细胞（Chinese Hamster Ovary，中国仓鼠卵巢细胞）

CHO 细胞是目前最常用的工业化生产宿主，具备人类类似的翻译后修饰能力。其优点包括：

1、生长稳定，可在无血清、悬浮条件下大规模培养；

2、能够进行复杂的 N-和 O-糖基化修饰，产物符合人体药用标准；

3、已建立完整的细胞株筛选、基因扩增和工艺优化流程。

HEK293（人胚肾）系列细胞

HEK293 及其衍生系（如 HEK293E、HEK293T）因转染效率高、表达速度快，被广泛用于瞬时表达。其优势在于适合快速验证蛋白功能、小规模制备和结构分析。例如，研究者常在 HEK293E 中快速获得融合蛋白或重组受体蛋白，用于体外功能实验。

NS0 与 SP2/0 骨髓瘤细胞

这些小鼠来源细胞常用于抗体表达与筛选，但近年由于糖基化型式与人体存在差异，应用有所减少。

其他细胞

COS 细胞、HeLa 细胞等在基础研究中仍有使用价值，但在产业化规模上相对有限。

哺乳动物细胞蛋白表达系统分类

1. 瞬时基因表达（TGE）系统

操作速度快，无需筛选稳定细胞株，适用于初期功能研究或小规模蛋白生产。宿主为 HEK293 系列，转染效率高，适应无血清悬浮培养。可通过优化表达载体、培养基、共表达辅助基因等提升表达量。

2. 稳定表达系统（SGE）

需构建稳定整合表达载体并筛选克隆，具有长期稳定表达的优势，适合大规模生产。CHO细胞常通过DHFR基因共转染策略进行选择和抗体放大。

3. QMCF 系统

一种介于瞬时与稳定表达之间的快速平台。基于外源质粒的外源保留与复制，可持续表达2–3周，产量可达 1 g/L，且一周内可建立生产细胞库。

哺乳动物细胞蛋白表达载体构建与优化策略

1. 启动子与调控元素

常用启动子包括 CMV、SV40，以及非病毒来源 EF-1α 等。可在载体中增加 WPRE 元件以增强转录效率促进目标基因表达。

2. 信号肽与分泌效率

分泌蛋白表达需加领信号肽导入内质网，经信号识别颗粒 SRP 引导。不同信号肽对表达效率差异显著，科学设计或筛选信号肽能显著提高表达，例如某专利报告中，提高表达量最高达10倍以上。

哺乳动物蛋白表达流程与纯化过程

1. 基因合成与载体构建

合成优化后的目标基因，克隆至表达载体中，载体含启动子、信号肽、标签（如His标签）等。

2. 转染方式

瞬时：使用PEI等化学试剂在HEK293E进行PEI转染。

稳定：CHO细胞中使用DHFR共转染选择、单克隆筛选。

QMCF：通过保留质粒快速建立表达体系。

3. 蛋白表达培养

悬浮培养配合优化培养基（如 Expi293 系统），可在一周内获得毫克至克级蛋白产量。

4. 蛋白纯化与检测

常用 Ni-NTA 镍亲和层析纯化His-标签蛋白，SDS-PAGE 和 Western blot 用于纯度和正确性检测。后续功能性检测可使用 ELISA、CCK-8 等生物学功能评估方法。

翻译后修饰与正确折叠机制

哺乳动物细胞能够进行复杂的 PTMs，包括：

1、N-糖基化与 O-糖基化：对蛋白稳定性、分泌效率和生物活性至关重要；

2、二硫键形成：维持正确的三维结构，特别是抗体和受体蛋白；

3、磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰：调控蛋白功能和定位；

4、内质网和高尔基体的质量控制：能降解错误折叠蛋白，保证产物一致性。

这些修饰是其他系统无法完全模拟的，也是哺乳动物表达系统不可替代的原因。

哺乳动物细胞蛋白表达系统因其天然的折叠与修饰能力，成为表达结构复杂、功能敏感蛋白的首选平台。合理选择宿主细胞（如 HEK293、CHO），优化载体元素与转染方式，可满足从小规模实验到工业生产的不同需求；借助稳定与瞬时表达策略、规模化技术与元件优化，不断提升表达效率与蛋白质量。未来，随着表达调控技术的发展，哺乳表达系统在生物医药领域中的角色将愈发重要。

来源：积极的辰小创