摘要：酵母是真核生物中最常用的异源蛋白表达平台之一。它不仅具备微生物生长迅速、培养成本低廉和遗传操作简便等优点，同时还能进行真核细胞所特有的翻译后修饰，如糖基化、二硫键形成和蛋白折叠修复等，在重组蛋白的基础研究与工业化生产中被广泛采用。目前应用最为广泛的宿主包括酿酒
酵母是真核生物中最常用的异源蛋白表达平台之一。它不仅具备微生物生长迅速、培养成本低廉和遗传操作简便等优点，同时还能进行真核细胞所特有的翻译后修饰，如糖基化、二硫键形成和蛋白折叠修复等，在重组蛋白的基础研究与工业化生产中被广泛采用。目前应用最为广泛的宿主包括酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和甲醇酵母（又称毕赤酵母，Pichia pastoris，现命名为 Komagataella phaffii）。此外，乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis）、多形汉逊酵母（Hansenula polymorpha）以及脂肪裂殖酵母（Yarrowia lipolytica）等系统也具有各自独特的优势，在特定类型的蛋白生产与应用场景中展现出重要价值。
酵母蛋白表达宿主系统
1、酿酒酵母 (S. cerevisiae)
作为最早被用于异源蛋白表达的真核宿主，酿酒酵母的遗传背景清晰，分子生物学工具完善，适合基础研究和结构相对简单的蛋白表达。同时，它还是酵母双杂交、蛋白相互作用研究等经典实验技术的重要载体。然而，酿酒酵母的糖基化模式与高等真核细胞差异较大，往往导致表达的重组蛋白出现高度甘露糖化修饰，从而影响其在医学和工业应用中的性能。
毕赤酵母 (P. pastoris)毕赤酵母能够利用甲醇作为唯一碳源，其强启动子（如 AOX1 启动子）在甲醇诱导下可驱动极高水平的蛋白表达。该宿主具有高密度发酵能力和较强的分泌效率，因此在工业和制药领域应用广泛。相比酿酒酵母，毕赤酵母的糖基化修饰更接近哺乳动物细胞，表达的蛋白结构与活性更易保持接近天然状态。
其他酵母系统乳酸克鲁维酵母具备较强的分泌能力和较高的蛋白产量，常用于食品与工业酶的生产；多形汉逊酵母在高温下仍能高效生长，适合于高温工业过程；脂肪裂殖酵母则在合成与分泌脂类及膜蛋白方面具有优势。这些非传统酵母宿主为不同类型的重组蛋白提供了更多可行的表达选择。
酵母系统表达载体与调控元件
1. 启动子
诱导型启动子：如毕赤酵母的 AOX1 启动子，能在甲醇诱导下驱动高水平表达，适用于对目标蛋白产量要求较高的场景。
组成型启动子：如 GAP 启动子，可在多种碳源条件下持续表达，适合需要稳定表达的蛋白。
2. 上游激活序列（UAS）
UAS 在酵母转录调控中类似于高等真核细胞的增强子，能够显著提高转录效率，常与强启动子结合使用，以实现高水平表达。
3. 分泌信号肽
通过在外源基因前端融合分泌信号肽（如 α-因子前导肽），可以将目标蛋白导入分泌途径，从而将蛋白分泌到培养基中，极大简化下游提取与纯化流程。
4. 载体类型
酵母蛋白表达载体既有整合型，也有自主复制型。整合型载体通过基因组重组将外源基因稳定插入宿主染色体中，遗传稳定性高；自主复制型载体则便于快速筛选和高拷贝表达，但长期培养中可能出现丢失现象。
翻译后修饰与分泌机制
与原核表达系统相比，酵母表达系统的突出优势在于其翻译后加工能力：
糖基化：酵母能够进行 N-和 O-糖基化，但其糖基化结构与哺乳动物存在差异，需通过工程改造以获得更接近人源的修饰模式。
二硫键形成：酵母内质网中含有二硫键异构酶（PDI），能够促进蛋白正确折叠和二硫键形成。
分泌途径：通过高尔基体与囊泡运输，目标蛋白最终被分泌到胞外环境，这为大规模生产提供了便利。
折叠效率与伴侣蛋白共表达
在高水平表达过程中，外源蛋白容易在内质网中错误折叠或聚集，引发内质网应激反应。为提高蛋白折叠与分泌效率，研究者常采用以下策略：
共表达分子伴侣蛋白（如 BiP、PDI），增强折叠能力；
诱导内质网未折叠蛋白反应（UPR），提高宿主细胞对折叠负担的耐受性；
通过基因工程方式优化宿主的折叠环境，使其更适合表达大分子或复杂结构蛋白。
系统优化与建模策略
近年建模技术使表达策略更具设计性。例如 pcSecYeast——一个涵盖蛋白翻译、分泌、折叠、降解全过程的基因组尺度模型，可模拟分泌通路负担与内源蛋白表达抑制效应，并预测工程优化目标。
实际操作注意点与案例
细胞破碎困难：酵母细胞壁坚韧，常需玻璃珠+FastPrep 结合机械破碎获取胞内蛋白；如加信号肽可分泌至培养液，简化提取。
分泌信号选择：在 P. pastoris 中不同分泌信号序列效果差异明显，需筛选最优信号肽（如 lysozyme 序列提升 lipase 表达）。
5' UTR 调控：最新研究显示调整 P. pastoris 5'UTR 中“G”核苷酸频率可显著提高表达强度；通过设计 KZ3 变体组合表达强度提升明显。
酵母蛋白表达技术结合强大遗传工具与真核加工能力，在基础研究、工业酿造、生物制药等领域展现广阔潜力。未来，随着模型构建与调控元件设计技术的进展，以及 CRISPR/Cas 技术在酵母中的应用，酵母表达平台有望实现更精细、更高产且更经济的蛋白制造。
来源：积极的辰小创
