在水稻胚乳中表達細胞因子的研究

生物技術藥物作用巨大，目前絕大部分生物技術藥物是采用動物或微生物細胞表達體系生產的。與動物及微生物細胞表達體系相比，采用植物細胞進行藥用重組蛋白表達，具有成本較低、安全性高、易于儲存運輸和具有人源化活性等優點。在植物表達系統中，水稻胚乳是公認的藥用重組蛋白表達的理想工具之一。

細胞因子(Cytokine, CK)是細胞間相互作用的一種化學物質，由免疫細胞和非免疫細胞合成分泌的一類有多種生物活性的小分子多肽或糖蛋白。由于天然的細胞因子只是在局部發揮短暫的作用，難以提純，所以需要應用蛋白重組技術獲得。

重組蛋白表達是指用模式生物如細菌、酵母、動物細胞或者植物細胞表達外源基因蛋白的一種分子生物學技術，在基因工程技術中占有核心地位。目前我國的一些醫藥研發外包服務機構如美迪西，提供的就有重組蛋白表達服務這一項。美迪西生物醫藥擁有多種蛋白表達系統，具備多種融合技術，可以在蛋白表達與純化方面提供多種選擇，擁有從方案設計、基因優化、表達條件優化到純化的技術體系。

水稻是全國一半以上人口的主食，無潛在過敏性，在其胚乳中表達的蛋白遭受蛋白酶降解的可能性極低。同時水稻胚乳特異表達系統技術已經趨于成熟，是表達藥用重組蛋白非常適合的工具。

水稻胚乳細胞生物反應器技術，是以分子生物學為原理，應用遺傳工程和DNA重組，以水稻胚乳作為“生產車間”高效表達各類蛋白質，包括胚乳特異性表達、蛋白定向儲存、重組蛋白質的提取以及純化技術。將可部分取代基于微生物發酵和動物細胞培養等重組蛋白藥物的傳統生產方式，對我國乃至國際的生物醫藥生產方式產生較大影響，對推動我國生物醫藥的發展具有重要意義。

如何將蛋白質導入水稻中

首先克隆出此蛋白質的基因，然后把這段基因插入到雙元農桿菌載體DNA中，帶有此蛋白質的質粒重組到水稻基因中與水稻自身的基因組整合為一體，最后這個整合后的基因組在水稻植株中表達形成轉基因植株，從而重組蛋白也隨著水稻自身的基因通過轉錄、翻譯、折疊等一系列過程表達出來。在水稻胚乳表達體系研究中，關于細胞因子的研究極為廣泛。

有研究人員建立了一套水稻胚乳種子特異表達系統，采用水稻胚乳特異表達的谷蛋白基因啟動GluB-1及其信號肽驅動經水稻偏好密碼子優化人白細胞介素編碼基因hIL-10，同時在基因3'端添加內質網滯留信號（KDEL），轉基因水稻中hIL-10蛋白表達水平達到每粒稻谷219μg；該研究組還建立了從轉基因水稻種子種提取hIL-10蛋白的方法，并分析了所表達蛋白的生物活性，發現水稻種子生產的hIL-10 蛋白有較強生物活性，可通過生物載體形式導入腸相關淋巴組織有效地治療過敏癥和自身免疫疾病。

也有研究者采用相同的策略在水稻胚乳中特異表達白細胞介素hIL-7，發現其表達量最高達到每粒種子5～10μg。

人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子為升白細胞藥，對造血系統有廣泛的作用，能刺激粒細胞和巨噬細胞的增殖、分化及活化，增加造血功能；也能增強中性粒細胞、嗜酸性細胞及單核粒細胞的多種功能；提高免疫效應細胞吞噬細菌及殺滅癌細胞等免疫活力，恢復因腫瘤化療和骨髓移植引起的中性粒細胞缺乏。研究者使用水稻種子特異表達的谷蛋白啟動子驅動重組人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(rhGM-CSF) 編碼基因，結果CSF表達水平達種子可溶性蛋白的1.3%；人TF-1細胞檢測表明水稻胚乳來源的CSF具有較好生物學活性。但其在純化后仍難以達到商業化生產所需的種子重量0.1%的標準。

為提高目標蛋白表達量，還有研究者采用谷蛋白啟動子Gt13a及其信號肽驅動經密碼子優化的CSF基因，目標蛋白表達水平達到每粒種子0.5 ～14μg。該表達系統也被用于表達重組胰島素樣生長因子-1和堿性成纖維細胞生長因子( FGF)，并都獲得很好的表達效果。然而，這些研究中目標蛋白提取效率都比較低。要實現轉基因植物源藥用重組蛋白在商業化規模上生產，必須加快發展水稻胚乳小肽類物質的分離純化技術。

采用胚乳細胞特異性表達，信號肽介導重組蛋白質定向儲存，目的基因的水稻密碼子優化等技術策略，不僅可以使重組蛋白像儲存蛋白一樣在蛋白體中大量積累而達到高效表達，而且可以防止細胞質蛋白酶的降解，在蛋白質轉運過程中還可以對重組蛋白質進行加工修飾，獲得具有生物活性的重組蛋白質。再利用水稻儲存蛋白與重組蛋白的生化性質差異，將重組蛋白提取出來并進行純化。