如何提高 CHO 细胞蛋白表达量
2025-12-16 来源:思拓凡Cytiva 点击次数:77
近些年，安全高效稳定的生物制品生产加工工艺一直是从业者不断完善追求的目标。在重组药物工艺中，CHO细胞已经成为需要复杂翻译后修饰的治疗性蛋白及单抗药物生产的首选宿主细胞。CHO细胞培养基开发也随之成为重中之重。其中保证生产培养基的无菌性是保障生产过程安全稳定的基础。
重组蛋白类新冠疫苗的生产方法
蛋白聚体是什么
蛋白质至少具有三级结构，这种情况下的蛋白质就是单体蛋白质（也称为亚基）。而所谓蛋白聚体，是蛋白质的四级结构，指的是由亚基的空间排布和亚基次级键间的相互连接而组成的三维空间结构。每一种亚基会有两条或两条以上肽链通过非共价键构成蛋白质称为寡聚蛋白。亚基的种类多为一种或两种蛋白，任何一亚基单独存在都不具有完整的生物学功能。比如遍布人体的血红蛋白，就是一个由四个亚基（两种）组成的寡聚蛋白，完整的聚体结构下具有输氧及其他功能。又比如自2020年起就名声大噪的冠状病毒棘突糖蛋白，也称S蛋白，也是在多亚基的协同作用下完成其生物学功能。
S蛋白介绍
S蛋白是一种高度糖基化的三聚体蛋白，广泛地分布于病毒衣壳，具有识别并结合宿主细胞受体并促使病毒感染宿主细胞的功能。2020年2月19日，在新冠疫情爆发的3个月后，有一位美国科学家撰写的文章发表于Science，作者首次利用冷冻电镜技术揭露了SARS-CoV-2病毒表面S蛋白三聚体的高清结构，并发现该蛋白先结合细胞表面的ACE2受体，然后发生“变形”，将病毒包膜与细胞膜融为一体，从而将病毒内的遗传物质注入细胞，达到感染细胞的目的。
所谓“变形”，即位于S蛋白的受体结合结构域（Receptor binding domain，RBD）在未识别人血管紧张素转化酶（ACE2）受体之前，处于“向下收缩”（Fig1 a.）构象, 该构像相对稳定。在识别受体时，RBD”向上突出”(Fig1 b)，使其暴露，则可与ACE2受体结合，进而完成整个感染过程。该发现从机制上阐明了新冠病毒感染细胞的途径。无独有偶，科学家们从对抗MERS开始，就已经发现冠状病毒的RBD是有效的中和抗体结合位点。理论上，如果疫苗产生的抗体能中和病毒S蛋白，病毒就没法与人体细胞结合，也就阻断了病毒的感染。这一发现使众多药企都将RBD作为药物开发的重要靶点。
国内已有的聚体亚单位疫苗聚体设计路线
国内已有的亚单位疫苗包括最早上市的安徽智飞龙科马重组亚单位新冠疫苗（二聚体RBD，CHO细胞表达）还有已经和联合国签订采购协议的四川三叶草重组亚单位新冠疫苗（三聚体S蛋白, CHO细胞表达）。当然也有单体的重组亚单位疫苗，比如成都威斯克(单体，昆虫细胞表达)。
龙科马的二聚体RBD疫苗
中国科学院微生物所和智飞龙科马合作，通过重组表达的方法，将RBD通过二硫键串联起来，经过CHO细胞表达和下游纯化，获得重组二聚体抗原。在免疫小鼠之后，二聚体RBD组产生的中和抗体显著高于单体RDB组（Fig 3）。最新公布的三期临床数据显示：共28500人，其中疫苗组14251例、安慰剂组14249例。监测到全程接种后的主要终点病例数221例，对于任何程度COVID-19感染的保护效力为81.8%，达到世界卫生组织要求的有效性标准。其中对于新冠重症及以上病例、死亡病例的保护效力均为100%。对Alpha株的保护效力为92.9%；对Delta株的保护效力为77.5%。
四川三叶草三聚体重组亚单位新冠疫苗
三叶草对S蛋白进行截取，选择可溶片段作为抗原（Fig 4. A），在独创的专利技术Trimer-tag加持下，通过CHO细胞表达和纯化，制得S蛋白三聚体疫苗。Trimmer-tag技术，简单来说是通过DNA重组技术，表达出可自发三聚化的纤维状胶原蛋白，然后将任意可溶性蛋白（此处即为S蛋白可溶片段）通过二硫键与胶原蛋白融合表达，最终获得三聚体蛋白的技术。
该疫苗不仅能有效对抗阿尔法毒株的感染，对上其他变异株也有不俗表现。在上个月新发布的2/3期临床报告中显示：共入组了超过30,000 名成年和老年受试者，在保护效力分析中100% 的SARS-CoV-2（新冠病毒）均为变异株（Delta变异株为主）。该疫苗预防任何毒株引起的重度和需住院治疗的新冠肺炎（COVID-19）保护效力为100%，对中度至重度新冠肺炎的保护效力为84%，对目前全球占主导地位的德尔塔（Delta）变异株引起的任何严重程度新冠肺炎的保护效力为79%。
细胞培养基选择方案
综上，无论是生产单体还是聚体，现今的重组亚单位疫苗都选择了真核细胞体系进行表达，其中以CHO细胞最为突出。Cytiva旗下的HyClone为CHO细胞表达提供最优质的培养基解决方案。
Cytiva（思拓凡）——HyClone™ ActiPro™ 细胞培养基
ActiPro™ 细胞培养基是一种化学成分限定的，不含动物来源成分，符合法规要求的培养基。通过组分优化以在分批培养或流加培养中获得高蛋白产量。ActiProm 培养基不含任何生长因子(如胰岛素)，多肽，水解物，酚红或 2-巯基乙醇等，确保产品批间一致性和提高细胞培养工艺的效率。ActiPro" 培养基适和与 HyClone" ActiSM培养基，Cell Boostm7a和Cell Boostm 7b 补料培养基配合使用,ActisM™ 培养基作为一种精简的化学成分限定的培养基，不含甘氨酸，次黄嘌呤，胸腺嘧啶，被开发用于驯化细胞到 ActiPro"培养基，一旦细胞适应到 ActiProm培养基中，建议使用 ActiProm 培养基结合 Cell Boost"w 7a和 Cell Boostm 7b 补料培养基进行生产。ActiPro™ 系统适用于多种 CHO 细胞系例如 CHO-K1，CHO-DG44 和CHO-S。
ActiPro™ 培养基特点
化学成分限定，不含动物源成分面
不含次黄嘌呤和胸腺嘧啶(HT)
代谢途径设计达到抗体和蛋白的高产量(例如，MAbS>5g/L)
Cytiva的基础培养基Actipro，是一款化学成分限定（CD），无动物源成分（ADCF）的培养基，为CHO细胞而开发。支持细胞高效生长，蛋白高效表达。与之搭配的Cell boost 7a/7b 补料同样也是CD和ADCF培养基，经过精心配方开发，搭配Actipro使用，在流加批次工艺中可高效表达重组蛋白。
Cytiva（思拓凡）——HyClone™ HyCell CHO 细胞培养基
用于中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞培养的化学成分明确 (CD) 且无动物源性成分 (ADCF) 的 HyClone 培养基。
· HyCell™ CHO 培养基化学成分明确且无动物源性成分。
· 这款 CHO 细胞培养基适用于高收率 CHO 细胞培养和重组蛋白生产。
· HyClone™ HyCell CHO 可以直接或连续驯化。
· 此化学成分明确的 CHO 培养基适用于大规模培养，包括灌流和分批补料方法。
HyClone™ HyCell™ CHO 培养基适用于中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞培养的生物工艺应用领域。这款 CHO 培养基符合法规要求、化学成分明确 (CD) 并且无动物源性成分 (ADCF)。HyCell 培养基经过专门配制，具有出色的性能，CHO 细胞生成密度高，并能提高产品产量和质量。此培养基化学成分明确，可用于从摇瓶到大型生物反应器的多种细胞培养平台的分批、分批补料或灌注应用。
含有次黄嘌呤和胸苷 (HT) 的 HyClone HyCell CHO 培养基是生产型培养基，而不含 HT 的 HyCell CHO 培养基与选择系统兼容。请注意，为了延长保质期并与谷氨酰胺合成酶 (GS) 系统兼容，这些制剂均不含 L-谷氨酰胺。推荐的 L-谷氨酰胺浓度为 4 mM 至 6 mM。
HyClone™HyCell™CHO 培养基制剂提供液体和粉末两种形式，可用于细胞培养生物工艺应用。
Cytiva的HyCell" 培养基是一种通用的、化学成分限定的培养基不含任何动物源性成分。含有次黄嘌呤和胸苷的 HyCelirCHO 培养基(HT)是生产培养基，而不含HT的HyCell"CHO培养基在筛选细胞时使用。该培养基通过我们的代谢途径设计方法开发，其目的为在重组蛋白生产中提供一致的性能并最大化工艺产率。其通用性可令细胞快速适应周围环境，支持细胞快速增长及较高的细胞密度，同时还能提供比其它 CHO 细胞培养基更高的生产能力。
在重组蛋白类新冠疫苗的研发与生产中，CHO细胞作为核心表达系统，其蛋白表达量直接关乎疫苗的产能与应用价值，而优质的培养基正是解锁CHO细胞高效表达潜力的关键。对于追求高蛋白产量的生物制药企业与科研机构而言，Cytiva（思拓凡）旗下的HyClone™系列培养基无疑是理想选择。
思拓凡旗下的HyClone™ ActiPro™ 细胞培养基凭借化学成分限定、无动物源成分的严苛标准，通过精准的代谢途径优化，在分批或流加培养中可实现超5g/L的单抗产量，搭配Cell Boost™ 7a/7b补料培养基，更能进一步激发CHO细胞的蛋白表达活力；而HyClone™ HyCell™ CHO培养基则以出色的通用性与高适配性，支持细胞快速增殖与高密度培养，在大规模生产中持续稳定地提升重组蛋白产出。这两款培养基均经过实际应用验证，为安徽智飞龙科马、四川三叶草等企业的疫苗生产提供了可靠支撑，助力其优质疫苗顺利推向市场并获得广泛认可。
未来，随着生物制药技术的不断精进，CHO细胞培养基的创新将持续聚焦于更高表达效率、更优批间一致性的核心需求。Cytiva也将不断深耕技术研发，以更具针对性的培养基解决方案，赋能全球生物制品行业，为更多高效、安全的重组蛋白药物与疫苗的研发生产注入强劲动力，推动生物医药领域朝着高质量、规模化的方向稳步前行。
重组蛋白类新冠疫苗的生产方法
蛋白聚体是什么
蛋白质至少具有三级结构，这种情况下的蛋白质就是单体蛋白质（也称为亚基）。而所谓蛋白聚体，是蛋白质的四级结构，指的是由亚基的空间排布和亚基次级键间的相互连接而组成的三维空间结构。每一种亚基会有两条或两条以上肽链通过非共价键构成蛋白质称为寡聚蛋白。亚基的种类多为一种或两种蛋白，任何一亚基单独存在都不具有完整的生物学功能。比如遍布人体的血红蛋白，就是一个由四个亚基（两种）组成的寡聚蛋白，完整的聚体结构下具有输氧及其他功能。又比如自2020年起就名声大噪的冠状病毒棘突糖蛋白，也称S蛋白，也是在多亚基的协同作用下完成其生物学功能。
S蛋白介绍
S蛋白是一种高度糖基化的三聚体蛋白，广泛地分布于病毒衣壳，具有识别并结合宿主细胞受体并促使病毒感染宿主细胞的功能。2020年2月19日，在新冠疫情爆发的3个月后，有一位美国科学家撰写的文章发表于Science，作者首次利用冷冻电镜技术揭露了SARS-CoV-2病毒表面S蛋白三聚体的高清结构，并发现该蛋白先结合细胞表面的ACE2受体，然后发生“变形”，将病毒包膜与细胞膜融为一体，从而将病毒内的遗传物质注入细胞，达到感染细胞的目的。
所谓“变形”，即位于S蛋白的受体结合结构域（Receptor binding domain，RBD）在未识别人血管紧张素转化酶（ACE2）受体之前，处于“向下收缩”（Fig1 a.）构象, 该构像相对稳定。在识别受体时，RBD”向上突出”(Fig1 b)，使其暴露，则可与ACE2受体结合，进而完成整个感染过程。该发现从机制上阐明了新冠病毒感染细胞的途径。无独有偶，科学家们从对抗MERS开始，就已经发现冠状病毒的RBD是有效的中和抗体结合位点。理论上，如果疫苗产生的抗体能中和病毒S蛋白，病毒就没法与人体细胞结合，也就阻断了病毒的感染。这一发现使众多药企都将RBD作为药物开发的重要靶点。
国内已有的聚体亚单位疫苗聚体设计路线
国内已有的亚单位疫苗包括最早上市的安徽智飞龙科马重组亚单位新冠疫苗（二聚体RBD，CHO细胞表达）还有已经和联合国签订采购协议的四川三叶草重组亚单位新冠疫苗（三聚体S蛋白, CHO细胞表达）。当然也有单体的重组亚单位疫苗，比如成都威斯克(单体，昆虫细胞表达)。
龙科马的二聚体RBD疫苗
中国科学院微生物所和智飞龙科马合作，通过重组表达的方法，将RBD通过二硫键串联起来，经过CHO细胞表达和下游纯化，获得重组二聚体抗原。在免疫小鼠之后，二聚体RBD组产生的中和抗体显著高于单体RDB组（Fig 3）。最新公布的三期临床数据显示：共28500人，其中疫苗组14251例、安慰剂组14249例。监测到全程接种后的主要终点病例数221例，对于任何程度COVID-19感染的保护效力为81.8%，达到世界卫生组织要求的有效性标准。其中对于新冠重症及以上病例、死亡病例的保护效力均为100%。对Alpha株的保护效力为92.9%；对Delta株的保护效力为77.5%。
三叶草对S蛋白进行截取，选择可溶片段作为抗原（Fig 4. A），在独创的专利技术Trimer-tag加持下，通过CHO细胞表达和纯化，制得S蛋白三聚体疫苗。Trimmer-tag技术，简单来说是通过DNA重组技术，表达出可自发三聚化的纤维状胶原蛋白，然后将任意可溶性蛋白（此处即为S蛋白可溶片段）通过二硫键与胶原蛋白融合表达，最终获得三聚体蛋白的技术。
该疫苗不仅能有效对抗阿尔法毒株的感染，对上其他变异株也有不俗表现。在上个月新发布的2/3期临床报告中显示：共入组了超过30,000 名成年和老年受试者，在保护效力分析中100% 的SARS-CoV-2（新冠病毒）均为变异株（Delta变异株为主）。该疫苗预防任何毒株引起的重度和需住院治疗的新冠肺炎（COVID-19）保护效力为100%，对中度至重度新冠肺炎的保护效力为84%，对目前全球占主导地位的德尔塔（Delta）变异株引起的任何严重程度新冠肺炎的保护效力为79%。
细胞培养基选择方案
综上，无论是生产单体还是聚体，现今的重组亚单位疫苗都选择了真核细胞体系进行表达，其中以CHO细胞最为突出。Cytiva旗下的HyClone为CHO细胞表达提供最优质的培养基解决方案。
Cytiva（思拓凡）——HyClone™ ActiPro™ 细胞培养基
ActiPro™ 细胞培养基是一种化学成分限定的，不含动物来源成分，符合法规要求的培养基。通过组分优化以在分批培养或流加培养中获得高蛋白产量。ActiProm 培养基不含任何生长因子(如胰岛素)，多肽，水解物，酚红或 2-巯基乙醇等，确保产品批间一致性和提高细胞培养工艺的效率。ActiPro" 培养基适和与 HyClone" ActiSM培养基，Cell Boostm7a和Cell Boostm 7b 补料培养基配合使用,ActisM™ 培养基作为一种精简的化学成分限定的培养基，不含甘氨酸，次黄嘌呤，胸腺嘧啶，被开发用于驯化细胞到 ActiPro"培养基，一旦细胞适应到 ActiProm培养基中，建议使用 ActiProm 培养基结合 Cell Boost"w 7a和 Cell Boostm 7b 补料培养基进行生产。ActiPro™ 系统适用于多种 CHO 细胞系例如 CHO-K1，CHO-DG44 和CHO-S。
ActiPro™ 培养基特点
化学成分限定，不含动物源成分面
不含次黄嘌呤和胸腺嘧啶(HT)
代谢途径设计达到抗体和蛋白的高产量(例如，MAbS>5g/L)
Cytiva（思拓凡）——HyClone™ HyCell CHO 细胞培养基
用于中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞培养的化学成分明确 (CD) 且无动物源性成分 (ADCF) 的 HyClone 培养基。
· HyCell™ CHO 培养基化学成分明确且无动物源性成分。
· 这款 CHO 细胞培养基适用于高收率 CHO 细胞培养和重组蛋白生产。
· HyClone™ HyCell CHO 可以直接或连续驯化。
· 此化学成分明确的 CHO 培养基适用于大规模培养，包括灌流和分批补料方法。
HyClone™ HyCell™ CHO 培养基适用于中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞培养的生物工艺应用领域。这款 CHO 培养基符合法规要求、化学成分明确 (CD) 并且无动物源性成分 (ADCF)。HyCell 培养基经过专门配制，具有出色的性能，CHO 细胞生成密度高，并能提高产品产量和质量。此培养基化学成分明确，可用于从摇瓶到大型生物反应器的多种细胞培养平台的分批、分批补料或灌注应用。
含有次黄嘌呤和胸苷 (HT) 的 HyClone HyCell CHO 培养基是生产型培养基，而不含 HT 的 HyCell CHO 培养基与选择系统兼容。请注意，为了延长保质期并与谷氨酰胺合成酶 (GS) 系统兼容，这些制剂均不含 L-谷氨酰胺。推荐的 L-谷氨酰胺浓度为 4 mM 至 6 mM。
HyClone™HyCell™CHO 培养基制剂提供液体和粉末两种形式，可用于细胞培养生物工艺应用。
Cytiva的HyCell" 培养基是一种通用的、化学成分限定的培养基不含任何动物源性成分。含有次黄嘌呤和胸苷的 HyCelirCHO 培养基(HT)是生产培养基，而不含HT的HyCell"CHO培养基在筛选细胞时使用。该培养基通过我们的代谢途径设计方法开发，其目的为在重组蛋白生产中提供一致的性能并最大化工艺产率。其通用性可令细胞快速适应周围环境，支持细胞快速增长及较高的细胞密度，同时还能提供比其它 CHO 细胞培养基更高的生产能力。
在重组蛋白类新冠疫苗的研发与生产中，CHO细胞作为核心表达系统，其蛋白表达量直接关乎疫苗的产能与应用价值，而优质的培养基正是解锁CHO细胞高效表达潜力的关键。对于追求高蛋白产量的生物制药企业与科研机构而言，Cytiva（思拓凡）旗下的HyClone™系列培养基无疑是理想选择。
思拓凡旗下的HyClone™ ActiPro™ 细胞培养基凭借化学成分限定、无动物源成分的严苛标准，通过精准的代谢途径优化，在分批或流加培养中可实现超5g/L的单抗产量，搭配Cell Boost™ 7a/7b补料培养基，更能进一步激发CHO细胞的蛋白表达活力；而HyClone™ HyCell™ CHO培养基则以出色的通用性与高适配性，支持细胞快速增殖与高密度培养，在大规模生产中持续稳定地提升重组蛋白产出。这两款培养基均经过实际应用验证，为安徽智飞龙科马、四川三叶草等企业的疫苗生产提供了可靠支撑，助力其优质疫苗顺利推向市场并获得广泛认可。
未来，随着生物制药技术的不断精进，CHO细胞培养基的创新将持续聚焦于更高表达效率、更优批间一致性的核心需求。Cytiva也将不断深耕技术研发，以更具针对性的培养基解决方案，赋能全球生物制品行业，为更多高效、安全的重组蛋白药物与疫苗的研发生产注入强劲动力，推动生物医药领域朝着高质量、规模化的方向稳步前行。
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