劉蓉蓉

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技管理局，北京 100081）

轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗和藥物的研發(fā)進(jìn)展

劉蓉蓉

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技管理局，北京 100081）

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，以轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白和疫苗，被認(rèn)為是成本低廉、安全便捷的技術(shù)途徑。目前，若干以轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的藥用蛋白已通過(guò)行政審批準(zhǔn)予上市，一批轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的人用或畜禽用疫苗也進(jìn)入臨床試驗(yàn)。綜述了轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗和藥用蛋白的研發(fā)進(jìn)展與代表性案例，討論了目前面臨的問題與挑戰(zhàn)，展望了未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向。

植物生物反應(yīng)器；疫苗；藥用蛋白；表達(dá)系統(tǒng)

天然來(lái)源的藥用蛋白往往因提純成本高而導(dǎo)致價(jià)格昂貴，疫苗和重組蛋白則需建立人工表達(dá)系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式主要包括細(xì)菌、酵母、昆蟲或哺乳動(dòng)物細(xì)胞等系統(tǒng)，但這些方式都有各自的缺點(diǎn)，如微生物細(xì)胞無(wú)法對(duì)蛋白進(jìn)行哺乳動(dòng)物的糖基化修飾或正確的折疊組裝，動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)成本高且有污染病原的風(fēng)險(xiǎn)等。理想的蛋白表達(dá)系統(tǒng)必須能生產(chǎn)有功能的產(chǎn)物、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)物易于純化、生產(chǎn)耗時(shí)短。近年來(lái)，轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)藥用蛋白（Plant-made pharmaceuticals，PMP）的新技術(shù)平臺(tái)獲得了廣泛關(guān)注［1］。

1 轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗和藥物研發(fā)概述

與其他幾種表達(dá)系統(tǒng)相比，以轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白被認(rèn)為具有突出優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單、成本低廉、易于規(guī)?；a(chǎn)、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸方便等，既能對(duì)表達(dá)蛋白進(jìn)行翻譯后折疊和糖基化修飾，與通常使用的哺乳細(xì)胞、大腸桿菌、酵母表達(dá)系統(tǒng)相比，又沒有污染人類病原或毒素的風(fēng)險(xiǎn)，成為表達(dá)藥用蛋白的理想選擇［2］。

1986年研究者將人生長(zhǎng)激素基因引入煙草，獲得了表達(dá)產(chǎn)物，從此開啟了PMP的研發(fā)工作。1989年研究者首次在煙草中成功表達(dá)了人免疫球蛋白G（IgG），證明植物中能夠合成并正確組裝這種多亞基的糖蛋白。首先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的PMP是以色列藥品研發(fā)公司Protalix開發(fā)的在胡蘿卜細(xì)胞中表達(dá)的葡糖腦苷脂酶，于2012年美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)上市，用于治療β-葡萄糖腦苷脂酶減少或缺乏引起的一種遺傳代謝病——高雪氏?。℅aucher’s disease），其價(jià)格要比天然來(lái)源的藥物更便宜。

在植物可食部分表達(dá)疫苗（被稱為“可食疫苗”或“口服疫苗”，Edible vaccines）是PMP領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)疫苗生產(chǎn)和純化過(guò)程較為復(fù)雜和昂貴，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中必須冷藏，注射免疫的方式進(jìn)一步增加了成本，需要專業(yè)人員進(jìn)行注射接種，存在交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，具有潛在的安全性問題。用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗則具有可當(dāng)?shù)胤N植、常溫儲(chǔ)藏的天然優(yōu)勢(shì)，將免去或部分免去蛋白純化的花費(fèi)，摒棄注射方式，也不存在弱毒疫苗毒性恢復(fù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。更為重要的是，“可食疫苗”食用后可同時(shí)引起粘膜免疫反應(yīng)與血清免疫反應(yīng)。在消化道內(nèi)，植物細(xì)胞壁能夠保護(hù)疫苗抗原不被消化酶降解，直到腸道微生物降解植物細(xì)胞壁后，抗原被釋放出來(lái)，引發(fā)免疫反應(yīng)。表達(dá)疫苗或藥用蛋白的植物細(xì)胞在凍干后可在室溫保存多年，是產(chǎn)生黏膜免疫的經(jīng)濟(jì)可行的方法。將抗原決定簇蛋白與穿黏膜載體（如霍亂毒素B亞基，CTB；大腸桿菌熱不穩(wěn)定腸毒素B亞基，LTB）融合表達(dá)，重組蛋白能夠有效地穿過(guò)腸道上皮細(xì)胞而進(jìn)入循環(huán)或免疫系統(tǒng)，可提高抗原運(yùn)送至免疫系統(tǒng)的效率，促進(jìn)了口服疫苗的研發(fā)［3］。

2 幾種主要的表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)

2.1 轉(zhuǎn)基因植株表達(dá)

通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)、基因槍等方法將外源基因整合入植物細(xì)胞核，可使外源重組蛋白質(zhì)連續(xù)穩(wěn)定合成。根據(jù)信號(hào)肽的有無(wú)，表達(dá)蛋白可以存儲(chǔ)在不同的細(xì)胞器內(nèi)或分泌至胞外。這種表達(dá)方式的優(yōu)點(diǎn)是蛋白質(zhì)能夠進(jìn)行完整的翻譯后修飾，但外源基因容易受到基因沉默、位置效應(yīng)（外源基因的表達(dá)因插入位置不同而變化的現(xiàn)象）等的影響，表達(dá)量較低，存在轉(zhuǎn)基因安全性的問題。在目前研發(fā)的產(chǎn)品中，主要受表達(dá)量低的因素限制，還沒有通過(guò)臨床一期試驗(yàn)的例子。通過(guò)位點(diǎn)特異性同源重組，將外源基因插入植物葉綠體基因組中，可使目標(biāo)蛋白在葉綠體內(nèi)積累。植物細(xì)胞中葉綠體基因組的數(shù)量可達(dá)上萬(wàn)拷貝，這可極大提高外源基因的表達(dá)量。例如，在葉綠體基因組中引入人生長(zhǎng)激素基因時(shí)，表達(dá)量能達(dá)到細(xì)胞核轉(zhuǎn)化的百倍以上；通過(guò)遺傳改造的表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)量甚至可高達(dá)可溶性蛋白總量的72%［4］。引入葉綠體基因組的外源基因沒有核轉(zhuǎn)基因中經(jīng)常發(fā)生的位置效應(yīng)，也不會(huì)發(fā)生基因沉默。在開花前收獲植株，能夠防止通過(guò)花粉或種子發(fā)生轉(zhuǎn)基因漂移。采用多順反子表達(dá)的策略，用一個(gè)啟動(dòng)子能夠表達(dá)多個(gè)外源基因。脊髓灰質(zhì)炎、瘧疾、肺結(jié)核、輪狀病毒、豬流感等多種病毒的抗原都在葉綠體中成功獲得了高表達(dá)［5］。

2.2 瞬時(shí)表達(dá)

以農(nóng)桿菌接種法（Agroinoculation）或農(nóng)桿菌滲入法（Agroinfiltration）介導(dǎo)基因瞬時(shí)表達(dá)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的表達(dá)技術(shù)，是植物遺傳轉(zhuǎn)化與植物病毒學(xué)技術(shù)的融合。首先構(gòu)建攜帶病毒表達(dá)載體的農(nóng)桿菌T-DNA，通常利用花椰菜花葉病毒（Cauliflower mosaic virus，CMV）、煙草花葉病毒（Tobacco mosaic virus，TMV）等作為載體，將重組蛋白基因與病毒衣殼蛋白融合，或用衣殼蛋白啟動(dòng)子啟動(dòng)重組蛋白基因。通過(guò)植物葉片氣孔注射或真空滲入的方法，使農(nóng)桿菌進(jìn)入植物葉片細(xì)胞間隙，借助農(nóng)桿菌侵染作用使病毒DNA載體有效運(yùn)輸?shù)街参锛?xì)胞中。病毒載體在植物細(xì)胞中大量復(fù)制，幾天之內(nèi)就能表達(dá)大量的外源蛋白，最高表達(dá)量可達(dá)總可溶蛋白的27.6%。采用農(nóng)桿菌滲入法瞬時(shí)表達(dá)可提高表達(dá)量，顯著縮短植物處理過(guò)程，降低下游成本［6，7］。以病毒基因組為框架的表達(dá)載體構(gòu)建是瞬時(shí)表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。煙草花葉病毒和馬鈴薯X病毒載體能夠?qū)崿F(xiàn)外源基因的大量表達(dá)，但由于是RNA病毒，導(dǎo)致同時(shí)表達(dá)多個(gè)蛋白的效率較低；雙生病毒載體表達(dá)系統(tǒng)能夠表達(dá)較大的外源蛋白；煙草脆裂病毒載體表達(dá)系統(tǒng)適用于基因沉默和在植物根部表達(dá)。隨著未來(lái)研發(fā)的深入，將有望創(chuàng)造出融合不同優(yōu)點(diǎn)的新的病毒表達(dá)載體。

2.3 懸浮細(xì)胞表達(dá)

將農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化形成的植株或植物愈傷組織細(xì)胞制備成懸浮細(xì)胞，能夠較為容易的在發(fā)酵罐中進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)。2006年美國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的第一例禽用新城疫病毒疫苗就采用了煙草懸浮細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)。2012年FDA批準(zhǔn)的首例人用藥用蛋白——葡糖腦苷脂酶是就在胡蘿卜細(xì)胞中表達(dá)的。此外，還在水稻懸浮細(xì)胞中獲得了表達(dá)量為5.1 μg/mg的豬流感病毒E2糖蛋白，口服后可引發(fā)小鼠和豬的黏膜免疫與細(xì)胞免疫反應(yīng)。但以該系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品仍需經(jīng)過(guò)較為復(fù)雜的下游純化過(guò)程和低溫?zé)o菌儲(chǔ)存運(yùn)輸，其成本相對(duì)較高，并沒有完全發(fā)揮出植物生物反應(yīng)器的優(yōu)越性。

3 轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)疫苗與藥用蛋白的代表性研發(fā)案例

迄今為止，一批重組抗體、抗原、疫苗、醫(yī)用或藥用蛋白都在轉(zhuǎn)基因植物中獲得了表達(dá)。除煙草外，生菜、番茄、胡蘿卜、大豆、馬鈴薯、苜蓿、水稻及玉米等植物常被用作表達(dá)系統(tǒng)［8］。

3.1 疫苗

首例植物來(lái)源的口服疫苗早在1995年即研發(fā)成功，是在煙草和馬鈴薯中表達(dá)的大腸桿菌熱不穩(wěn)定腸毒素B亞基LTB，飼喂小鼠后能夠引起血清IgG和分泌型IgA合成。此后，馬鈴薯塊莖表達(dá)的諾如病毒衣殼蛋白VP1、馬鈴薯和玉米表達(dá)的大腸桿菌毒素疫苗、水稻表達(dá)的霍亂疫苗等都進(jìn)入了臨床一期試驗(yàn)，在被試者體內(nèi)引發(fā)了血清免疫。美國(guó)陶氏益農(nóng)（Dow AgroSciences）公司研發(fā)的新城疫疫苗2006年獲得USDA許可，是獲得許可的第一個(gè)植物來(lái)源疫苗，然而并沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

流感病毒血凝素（HA）抗原變異率高，使流感成為威脅世界公共健康最重要的疾病之一。HA是流感病毒表面的糖蛋白，在病毒感染和致病性方面起著關(guān)鍵作用，也是引起宿主體內(nèi)保護(hù)性免疫反應(yīng)的主要抗原。高致病性禽流感H5N1毒株不僅在家禽中引起大流行，也嚴(yán)重威脅全球人類健康。為預(yù)防畜禽傳染性疾病爆發(fā)，通常需要進(jìn)行大規(guī)模的免疫接種，植物來(lái)源的疫苗為控制禽流感提供了理想的解決方案。在擬南芥中表達(dá)禽流感H5N1毒株的HA，可獲得140 μg/g 鮮重的高表達(dá)量。葉片凍干后與免疫助劑同時(shí)飼喂小鼠，不僅能誘導(dǎo)合成HA特異性的IgA和IgG，還能產(chǎn)生中和抗體并引發(fā)細(xì)胞免疫反應(yīng)，顯示出良好的免疫保護(hù)效果［4］。美國(guó)Medicago公司生產(chǎn)的H5N1型禽流感疫苗已完成臨床二期試驗(yàn)。

在一種轉(zhuǎn)基因牧草Stylosanthes guianensis中表達(dá)口蹄疫病毒結(jié)構(gòu)蛋白VP1，將植物原料作為飼料添加劑飼喂小鼠，首次實(shí)現(xiàn)了針對(duì)口蹄疫的口服免疫。也有研究者在轉(zhuǎn)基因水稻、煙草、番茄、苜蓿及其他牧草植物中表達(dá)口蹄疫病毒的衣殼前體多肽，成功引發(fā)了口服免疫反應(yīng)［9］。

在番茄根毛系統(tǒng)中表達(dá)的狂犬病毒核蛋白能夠在小鼠中引發(fā)免疫反應(yīng)，并對(duì)病毒產(chǎn)生抗性；利用苜?；ㄈ~病毒瞬時(shí)表達(dá)體系，采用農(nóng)桿菌滲入法在菠菜中瞬時(shí)表達(dá)的狂犬疫苗進(jìn)入臨床一期試驗(yàn)，能夠在被試者體內(nèi)產(chǎn)生中和抗體。

植物表達(dá)口服疫苗目前面臨的主要技術(shù)問題是免疫耐受。常規(guī)注射用疫苗通常要同時(shí)使用免疫刺激的助劑，但口服疫苗由于缺乏免疫刺激而影響免疫效果，或產(chǎn)生免疫耐受。不過(guò)從另一個(gè)方面來(lái)看，抗原引起的特異性免疫耐受則為抗過(guò)敏口服疫苗提供了一個(gè)新的技術(shù)途徑。將日本雪松（Japanese cedar）花粉過(guò)敏原Cry j1和Cry j2基因在水稻胚乳中表達(dá)，給花粉過(guò)敏的小鼠飼喂轉(zhuǎn)基因稻米，在體內(nèi)引發(fā)免疫耐受，能夠抑制特異性的抗原IgE和細(xì)胞因子反應(yīng)，血清中的組胺合成和打噴嚏等癥狀也得到抑制，表現(xiàn)出抗過(guò)敏的效果［10］。然而，自首例植物來(lái)源的口服疫苗誕生20余年來(lái)，尚沒有一個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

3.2 抗體

歐洲科學(xué)家在轉(zhuǎn)基因煙草中表達(dá)了中和人類免疫缺陷病毒（Human immunodeficiency virus，HIV）的人單克隆抗體2G12，歐盟以2G12作為案例，通過(guò)了植物生產(chǎn)重組藥用蛋白的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)規(guī)程，包括植物轉(zhuǎn)化與篩選、種子庫(kù)構(gòu)建、遺傳穩(wěn)定性的保證、植株均一性、種植與收獲等［11］。德國(guó)批準(zhǔn)了該轉(zhuǎn)基因抗體的臨床一期試驗(yàn)，并未發(fā)現(xiàn)明顯的安全問題。這是首例獲準(zhǔn)進(jìn)入臨床試驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的單克隆抗體，是PMP商業(yè)化進(jìn)程中里程碑式的事件［12］。

埃博拉病毒引起的埃博拉出血熱是死亡率很高的烈性傳染病。美國(guó)Mapp公司研發(fā)了一種名為ZMapp 的試驗(yàn)性生物藥物，以轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)的3種抗埃博拉病毒的人鼠嵌合單克隆抗體mAbs進(jìn)行“雞尾酒”療法。2014年8月在線發(fā)表于《Nature》上的一項(xiàng)研究論文中指出，ZMapp治愈了全部18只感染埃博拉病毒的恒河猴；在尚未開展臨床試驗(yàn)的情況下，同年在利比里亞治愈了2名感染病毒的美國(guó)醫(yī)療援助人員，為抗埃博拉藥物研發(fā)帶來(lái)了希望［13-14］。

3.3 其他藥物蛋白

許多醫(yī)用或藥用蛋白都在轉(zhuǎn)基因植物中成功表達(dá)，包括人生長(zhǎng)激素、血清白蛋白、血紅蛋白、α-干擾素、白介素、促紅細(xì)胞生成素、胰蛋白酶抑制劑等。

生菜被認(rèn)為是生產(chǎn)PMP的理想植物。在轉(zhuǎn)基因生菜中表達(dá)與CTB融合的凝血因子9，在人工控制的環(huán)境和條件下生長(zhǎng)，收獲生菜葉片后進(jìn)行凍干，可獲得約1 mg/g的高表達(dá)量。融合蛋白折疊和翻譯后修飾正確，在室溫可保存約2年，飼喂小鼠能夠有效地引發(fā)特異性免疫反應(yīng)。

Griffithsin（GRFT）是一種來(lái)源于紅色海藻、由121個(gè)氨基酸組成的外源凝集素，由于具有針對(duì)HIV的抗病毒活性而被當(dāng)做治療艾滋病的候選藥物。GRFT在大腸桿菌中獲得了成功表達(dá)，但對(duì)于藻類蛋白來(lái)說(shuō)，植物細(xì)胞是更為適宜的表達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時(shí)表達(dá)技術(shù)，以改進(jìn)后的重組煙草花葉病毒作為表達(dá)載體，煙草中GRFT表達(dá)量可高達(dá)60%-90%［7］。

Exendin-4（EX4）是一種有效的促胰島素生成劑，被用作臨床治療II型糖尿病的藥物，但使用中需要低溫儲(chǔ)存和腹部注射。CTB融合的EX4在轉(zhuǎn)基因植物中表達(dá)，口服融合蛋白降低血糖的作用與皮下注射EX4相當(dāng)［15］。

缺乏α葡萄糖苷酶（Acid alpha glucosidase，GAA）可導(dǎo)致龐培氏?。≒ompe disease），使組織中糖原累積，是引起嬰兒心臟迅速增大的疾病之一。盡管向患者注射重組人GAA的酶替代療法具有臨床療效，但可能在體內(nèi)產(chǎn)生針對(duì)重組GAA的抗體而影響治療效果。在轉(zhuǎn)基因煙草葉綠體中表達(dá)GAA，再以轉(zhuǎn)基因葉片飼喂疾病模型小鼠，即使很低的劑量也可產(chǎn)生口服免疫耐受，顯著抑制小鼠體內(nèi)GAA抗體的產(chǎn)生。這一結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因植物表達(dá)的藥用蛋白可以借助免疫耐受作用在疾病治療方面發(fā)揮作用［16］。

4 制約PMP產(chǎn)業(yè)化的問題與挑戰(zhàn)

4.1 表達(dá)量及均一性控制

口服疫苗可同時(shí)引發(fā)黏膜免疫和系統(tǒng)免疫，但與傳統(tǒng)免疫方式相比，在黏膜免疫過(guò)程中抗原不穿過(guò)上皮細(xì)胞，在消化系統(tǒng)中可能會(huì)被酸和酶類降解，因此需要高得多的抗原劑量。早期研發(fā)工作中，制約植物疫苗研發(fā)進(jìn)程的主要因素就是表達(dá)量過(guò)低，導(dǎo)致下游分離純化過(guò)程成本過(guò)高。雖然葉綠體表達(dá)系統(tǒng)可顯著提升蛋白表達(dá)量，但許多植物可食部分缺乏葉綠體，制約了該技術(shù)的應(yīng)用。由此看來(lái)，農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時(shí)表達(dá)法、以生菜為宿主的葉綠體轉(zhuǎn)化法是具有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)途徑，但是在植物可食部位高表達(dá)重組蛋白的技術(shù)途徑仍不完善。此外，由于在果實(shí)和蔬菜中表達(dá)的重組蛋白量難以控制，如果不進(jìn)行表達(dá)產(chǎn)物分離純化的話，需要仔細(xì)測(cè)定不同植株表達(dá)量的差異以確定合理的服用量，這也導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅上升。因此，通過(guò)凍干的方式控制計(jì)量是一條可行的技術(shù)路線。

4.2 蛋白質(zhì)的翻譯后折疊與修飾

抗原蛋白在翻譯后是否折疊為正確的三維構(gòu)象并進(jìn)行正確的二硫鍵、糖基化等修飾，對(duì)其抗原活性至關(guān)重要。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)三維構(gòu)象不正確時(shí)，細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中就會(huì)啟動(dòng)降解機(jī)制，將蛋白質(zhì)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)入蛋白酶降解途徑。植物蛋白質(zhì)的糖基化與哺乳動(dòng)物不同，植物細(xì)胞中蛋白質(zhì)糖基化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中，N-連接糖基化主要是α（1，3）-海藻糖和β（1，2）-木糖，而哺乳動(dòng)物主要是α（1，6）-海藻糖和β（1，4）-半乳糖和唾液酸，糖基化修飾的差異可能引發(fā)過(guò)敏性反應(yīng)。因此，要根據(jù)表達(dá)產(chǎn)物的來(lái)源和特性仔細(xì)設(shè)計(jì)植物表達(dá)載體與技術(shù)方案，并對(duì)重組蛋白的免疫原性和致敏性進(jìn)行細(xì)致檢測(cè)［17］。

4.3 免疫耐受

口服免疫耐受是生物體腸道黏膜為避免對(duì)食物中的抗原產(chǎn)生炎癥反應(yīng)的免疫抑制機(jī)制，但詳細(xì)機(jī)理仍不十分清楚。傳統(tǒng)疫苗通過(guò)助劑作為致敏因子（Priming）啟動(dòng)并增強(qiáng)宿主免疫反應(yīng)，而口服免疫的方式缺乏致敏反應(yīng)，可能降低免疫反應(yīng)的效果或引發(fā)免疫耐受，是口服疫苗研發(fā)中必須高度關(guān)注的問題。研究顯示，口服抗原的頻率是影響免疫耐受的關(guān)鍵因素［16］。這一現(xiàn)象使開發(fā)PMP特別是口服疫苗需要考慮的因素變得更為復(fù)雜

4.4 上游和下游的高成本

以植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)PMP的核心優(yōu)勢(shì)在于成本低廉，但這僅指種植植物的生產(chǎn)成本。通常種植成本只構(gòu)成總成本的有限部分，而建立適合的技術(shù)途徑、優(yōu)化表達(dá)載體、獲得轉(zhuǎn)基因植物等“上游”環(huán)節(jié)和建立良好生產(chǎn)規(guī)范（Good manufacturing practice，GMP）、提取純化表達(dá)產(chǎn)物、產(chǎn)物質(zhì)量控制等“下游”環(huán)節(jié)可能占成本很大的比重。有研究表明，植物表達(dá)藥用蛋白的純化成本可占到總成本的65%-95%。采用懸浮細(xì)胞系統(tǒng)盡管能簡(jiǎn)化表達(dá)產(chǎn)物提取純化過(guò)程，但生產(chǎn)過(guò)程成本又會(huì)相應(yīng)增加，產(chǎn)品也需要低溫?zé)o菌儲(chǔ)存和運(yùn)輸。基于這些綜合性的原因，目前為止PMP研發(fā)工作能夠成功商業(yè)化的比例并不高。

4.5 管理框架缺失

在從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入批量生產(chǎn)時(shí)遇到的主要挑戰(zhàn)，是生產(chǎn)過(guò)程的管理需求和表達(dá)蛋白的質(zhì)量控制。與疫苗和藥物生產(chǎn)所需要的高度重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制的需求相比，大田生產(chǎn)植物的過(guò)程管理是產(chǎn)業(yè)化中必須考慮的問題。表達(dá)藥用蛋白或疫苗的轉(zhuǎn)基因植物應(yīng)當(dāng)以標(biāo)準(zhǔn)化的程序和方式來(lái)種植，以保證蛋白持續(xù)穩(wěn)定的表達(dá)。到目前為止通過(guò)許可的植物來(lái)源的治療用蛋白為數(shù)寥寥，針對(duì)此的管理框架近年來(lái)才初步建立，與哺乳動(dòng)物細(xì)胞和微生物生物反應(yīng)器相比，相關(guān)技術(shù)規(guī)程、管理規(guī)定和政策還非常不完善，特別是用完整的植株表達(dá)藥用蛋白面臨著更多的管理方面的新問題。

5 展望

針對(duì)上述問題與挑戰(zhàn)，未來(lái)的技術(shù)發(fā)展將更加著眼于開發(fā)出能夠臨床應(yīng)用的PMP產(chǎn)品，解決當(dāng)前制約性的關(guān)鍵問題。一是通過(guò)改進(jìn)表達(dá)技術(shù)體系，不斷提高重組蛋白表達(dá)量。例如，選擇合適的表達(dá)載體與表達(dá)系統(tǒng)，使用組織或器官特異性啟動(dòng)子，優(yōu)化密碼子，采用信號(hào)肽將蛋白運(yùn)送至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以促進(jìn)翻譯后加工等；二是確保翻譯后折疊與修飾。對(duì)于分泌蛋白來(lái)說(shuō)，未來(lái)需要進(jìn)一步研究細(xì)胞降解未正確折疊蛋白質(zhì)的分子機(jī)理，通過(guò)分子手段保證蛋白質(zhì)正確折疊，提高累積量；三是優(yōu)化疫苗的免疫策略，避免口服免疫耐受。需要在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化抗原遞送方式、服用量與服用頻率，確定合適的抗原組成，可同時(shí)服用黏膜助劑，解決好引發(fā)免疫與口服耐受間的關(guān)系問題，并保證抗原在消化道內(nèi)的穩(wěn)定性；四是簡(jiǎn)化下游操作。繼續(xù)探索完善在植物可食部分表達(dá)重組蛋白的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)表達(dá)蛋白不純化而直接食用或部分純化，大幅降低生產(chǎn)成本。

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（責(zé)任編輯 李楠）

Research and Development Progress on Plant-made Pharmaceuticals

LIU Rong-rong
（Department of Science and Technology Management，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

Compared with the traditional production methods，the use of transgenic plants as bioreactor for the production of pharmaceutical proteins and vaccines is considered to be low-cost，safer and more convenient. At present，a number of plant-made pharmaceutical proteins have been approved for commercialization，while a group of plant-made vaccines have entered clinical trials. Research and development of plant-made vaccines and pharmaceutical proteins are reviewed，main problems and challenges are discussed，and the future technology development is prospected.

plant bioreactor；vaccine；pharmaceutical protein；expression system

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017-0177

2017-03-09

劉蓉蓉，女，博士，研究方向：農(nóng)業(yè)科技管理；E-mail：liurongrong@caas.cn