在抗体研发过程中，一旦完成抗体的发现、先导物筛选和表征工作，研究人员便需要选择合适的表达系统，来生产目的抗体（图1）。蛋白质的复杂性、翻译后修饰（PTMs）以及下游应用平台等是表达系统选择时必须考量的因素。本文旨在探讨最常用的重组表达系统之间的差异以及各自的优缺点，从而为研究人员提供参考。 
图1 抗体生产方法（A）动物免疫法，（B）杂交瘤技术，（C）测序后重组表达。
重组表达系统
哺乳动物表达系统
哺乳动物细胞具备出色的PTMs能力，能够确保蛋白质正确折叠和糖基化，保持抗体的结合亲和力、稳定性以及效应功能，所以被用作生产哺乳动物抗体的首选宿主。该系统已被广泛用于生产治疗、诊断以及生物医学研究用途的重组单克隆抗体（mAbs）（表1）。
多个物种的细胞可用于构建哺乳动物表达系统，如人类细胞（HEK293）、仓鼠细胞（CHO）和小鼠细胞（NS0）。目前超70%已获批准的治疗性蛋白由CHO细胞生产，原因包括：1.可悬浮培养，具备高生产力与适应性，利于大规模工业培养；2.可在无血清培养基中生长，批次间一致性好；3.对人类病毒敏感性低，确保生产抗体用于治疗的安全性；4.易于基因编辑，能表达所需特性。
CHO细胞也有一些缺点，例如：1.可能发生基因组重排，影响生产。2.CHO细胞缺乏特定的唾液酸转移酶和岩藻糖基转移酶，无法产生所有人类糖基化模式。此外它们还会产生人类中不表达的聚糖，例如α-半乳糖和N-羟乙酰神经氨酸（NGNA），这有可能诱导免疫原性或者影响效应功能。鉴于这些原因，人们一直在努力改造CHO细胞系，以产生更有利的糖型。
另一种方法是使用人类细胞系，它们可以产生人类的PTMs，从而降低额外加工的成本，消除非人类聚糖的免疫原性。例如，人类胚胎肾293细胞（HEK293）能够产生人类PTMs，可用无血清培养基悬浮培养，易大规模生产。然而，HEK293细胞易受人类病毒感染，所以在用于临床疾病治疗时，必须考虑生产抗体的安全性和有效性。
细菌表达系统
细菌因为培养技术简单、成本低，表达蛋白能力强、可通过乳糖调节蛋白表达等优点，也被广泛应用于重组蛋白的表达（表1）。然而，细菌由于过于简单，不具备复杂PTMs能力，可能影响抗体的功能。因此，细菌表达系统通常用于生产无需糖基化的抗体亚单位，而非表达完整抗体。
大肠杆菌和枯草芽孢杆菌是目前应用最为广泛的细菌表达系统。大肠杆菌具有操作简单、生长快速、成本效益高、商业化表达载体多、可连续发酵等优势，既简单又用途广泛。然而，大肠杆菌缺乏对蛋白质的正常功能、折叠和稳定性至关重要的细胞机制，例如糖基化、磷酸化、硫酸化以及二硫键形成。由于缺少伴侣蛋白系统，蛋白质错误折叠会导致细菌内部形成包涵体。在这种情况下，必须从包涵体中提取蛋白质并进行重新折叠。此外，大肠杆菌可能会积累内毒素，限制了其在治疗领域的应用。枯草芽孢杆菌不会产生有害内毒素，因此在某些情况下会作为替代方案被选择。然而，它也有缺点，即会产生一种细胞外蛋白酶，能够降解目标蛋白质。
酵母表达系统
酵母表达系统能够进行部分PTMs，并且成本比哺乳动物细胞低（表1），已被广泛用于表达疫苗、药品和诊断的蛋白。酵母的一个优势是其内膜系统，有助于将表达的蛋白质分泌到细胞外环境中。此外，酵母能够产生正确折叠的可溶性重组蛋白质，产生功能性PTMs。与哺乳动物相比，酵母基因组的易编辑性进一步提升了其生产能力。
然而，酵母表达系统也存在重大缺陷。酿酒酵母无法精确模拟哺乳动物糖基化，会产生过度糖基化现象。因此，研究者更倾向于选择糖基化更接近哺乳动物的毕赤酵母。研究人员正在致力开发具有完全人源化唾液酸化糖蛋白的改造酵母，以解决过度糖基化相关问题。尽管存在这些限制，酵母仍然适用于生产具有中等糖基化要求的研究或诊断用途抗体。
植物表达系统
随着技术的发展，植物已经能够以极高的产量生产出有效的中和抗体。植物表达系统能够生产具有真核生物PTMs和正确折叠的抗体（表1）。此外，植物可以在田间种植，使得生产成本极为低廉，并且与其他表达系统相比更容易扩大规模。然而，植物表达系统会受到产量波动、污染以及易遭受病虫害的影响；而且产生的重组蛋白质可能储存在叶子和种子中，这给下游蛋白质分离纯化带来了困难。
昆虫表达系统
昆虫表达系统自20世纪80年代中期便开始投入使用，其中最受青睐的当属杆状病毒表达载体系统（BEVS）。杆状病毒能够将目标蛋白插入昆虫细胞中，且对人类无害。昆虫细胞可以产生类似于哺乳动物的PTMs，然而其糖基化模式并不与人一致，从而导致生物功能可能发生变化。昆虫表达系统的优点是培养条件较为容易，并且能够同时表达多个基因。不过，由于杆状病毒感染最终会致使细胞死亡，所以重组蛋白必须分批生产，这就导致了其批次间一致性差的问题（表1）。
表1 不同重组表达系统的优缺点
多克隆抗体的重组表达
动物的天然免疫反应借助复杂的多克隆抗体（pAbs）来有效地对抗疾病。动物免疫被广泛应用于生产经过自然亲和力成熟的多抗。这种方法虽然快速便捷有效，但也给多抗的生产带来了批次间一致性差，可重复性低的问题。越来越多的证据显示，将动物免疫与抗体测序和重组表达技术相结合，是解决该问题的有效途径。这种方法生产的抗体，既保留了多抗的优势，又有良好的批次间一致性和安全性。近期研究发现，多克隆重组抗体（rAbs）的表现与原始多抗一样出色，甚至更优。产生rAbs的过程如下（图2）。
图2 重组多克隆抗体复现原始多抗性能
Rapid Novor（快序生物）的蛋白从头测序技术
l 获得准确无误的抗体序列是重组表达生产准确、可靠、高质量的特异性抗体，实现预期目标的先决条件。
l Rapid Novor（快序生物）是全球首个高通量自动化单抗测序服务商，每周通量可达数百项目。
l Rapid Novor（快序生物）的REmAb单抗测序技术可以精准测定任何物种和亚型单抗的全长氨基酸序列，准确区分I/L同分异构体，鉴定抗体的翻译后修饰。
l Rapid Novor（快序生物）的REpAb抗体发现技术可以对血清多抗直接测序，获得轻重链正确配对，经亲和力验证的抗体序列，复现原始多抗的优异性能。
参考资料
[1] https://www.rapidnovor.com/antibody-production-guide-recombinant-expression-system/
