1、大肠杆菌(E.coli)是使用最早的表达系统，其显著优点是易于操作，产量高，成本低，但由于用 E.coli 生产的蛋白质药物因缺乏糖基化而在人体内易被降解，因此它的药放大大降低。此外，它还存在易产生内毒素和包涵体的问题。CHO 细胞属于成纤维细胞，既可以贴壁生长。也可以悬浮生长。容易发生基因突变，也较易进行基因转染，是良好的哺乳动物基因表达宿主细胞，代表性细胞有二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase ）营养缺陷型突变细胞株（CHO/dhfr -）、转染谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase,GS）基因的 GS-CHO 细胞。二氢叶酸还原酶是真核细胞核苷
2、酸生物合成过程中起着重要作用的一种酶，是常用的遗传选择标记之一，它可催化二氢叶酸还原成四氢叶酸。对于dhfr 突变体细胞而言，由于不能够合成四氢叶酸，阻断了正常核酸代谢途径，因此不能在常规培养基上生长，但若在培养基中加入次黄嘌呤（hypoxanthine）和胸苷（thymidine），则突变体细胞可以借助核苷酸的补救合成途径维持生长。利用dhfr 基因进行筛选时，首先将重组DNA 分子导入dhfr- 表型的受体细胞，然后撤除原培养基中的的次黄嘌呤和胸苷，即可获得dhfr+并能表达外源基因的克隆细胞系。因此在挑选表达外源基因的阳性克隆细胞时需选用不含次黄嘌呤和胸苷的培养基。另外，氨甲喋呤（MTX
3、）选择压力可使 CHO/dhfr- 细胞的外源基因的拷贝数扩增并得到较高水平的表达。CHO-GS 细胞是用含单抗蛋白等的目的基因和谷氨酰胺合成酶(GS)基因标记的表达载体，转染宿主细胞CHO，再通过L-氨基亚砜蛋氨酸(methioninesulphoximine， MSX)等化合物选择加压促使 GS 基因和目的蛋白基因扩增，筛选获得重组细胞株，可在不含谷氨酰胺培养基中生长、增殖，可避免或减少细胞代谢过程中谷氨酰胺降解积累的氨对细胞的损伤、抑制作用。近年来，为降低生产成本和减少血制品带来的潜在危害性，动物细胞生产开始使用无血清培养基(SFM)，但SFM往往导致细胞活力差，贴壁性差，分泌外源蛋白的
4、能力差等缺点。另有研究者尝 试将类胰岛素生长因子IGF基因和转铁蛋白基因转入CHO 细胞获得能自身分泌必需蛋白的“超级CHO” ，无需在培养基中转铁蛋白和胰岛素，细胞可在SFM 中生长良好。与其他表达系统相比，CHO表达系统具有以下的优点：(1)具有准确的转录后修饰功能，表达的蛋白在分子结构、理化特性和生物学功能方面最接近于天然蛋白分子； 3 Z; s2 i/ V! 7 / q3 L% (2)既可贴壁生长，又可以悬浮培养，且有较高的耐受剪切力和渗透压能力；* O! 6 Q P! P4 . A* i d(3)具有重组基因的高效扩增和表达能力，外源蛋白的整合稳定；# N9 s! f4 m* r(4
5、)具有产物胞外分泌功能，并且很少分泌自身的内源蛋白，便于下游产物分离纯化；; K- F2缺点：CHO细胞培养成本高，条件难掌握，易污染，在一定程度上影响了它的广泛应用。Cho 细胞的培养CHO 细胞血清培养传统上CHO 细胞的培养都是在DMEM F12 基础培养基中添加 510 的小牛血清( 用于重组蛋白)或胎牛血清(用于杂交瘤生产)单抗来完成的，血清除了供给细胞的营养成分外，还能促进细胞开始合成DNA，对细胞的增殖有很大的作用。实验证明，血清在细胞的体外培养中提供了细胞增殖所必需的生长因子。但哺乳动物的血清价格昂贵，成本高不适于今天的大规模工业化生产。而且哺乳动物血清作为补加物，存在许多问题
6、，首先血清的来源存在问题，血清来源于特定的地区，因而如果该地区发生灾荒或牛群中流行疾病，都可导致血清失去供应源。血清批量之间的差异大，重复性差，由于血清来源于动物，动物个体或群体的差异及时间上的差异都能导致每个批号的血清不完全一样。从重组蛋白生产的角度来看，出于Q 和Qc 的要求，每换一个批号的血清，都包含大量的验证工作，这就给生产带来很大的麻烦。另外血清来源于动物因此经常被污染，污染的血清往往导致细胞生长缓慢，蛋白产量下降，甚至导致细胞死亡。目前购自各大公司的血清虽能消灭细菌和所有支原体，但很难保证除去所有的病毒污染。血清的成分十分复杂，经研究表明，血清除含有促进生长的活性成分外，还含有一定
7、的细胞毒性物质和抑制物质，对细胞有去分化作用，影响细胞功能的表达 血清复杂的成分也给基因工程表达产物的下游工作带来很大的困难，因此成分明确，价格经济的无血清培养基成为CHO 细胞培养的一种必然需求。CHO 细胞的无血清培养基由于血清的成分不清而且十分复杂，具有多种促进细胞生长和增殖的因子，因此要找到血清替代物是相当困难的。目前已经发现一些物质单独或一起使用可以替代血清。这些物质分别是微量元素、生长因子、激素、脂蛋白、脂肪酸、酶抑制剂。微量元素是细胞代谢所必需的，是无血清培养基的主要添加物之一，铁、锌、硒等都是不可缺少的，有些资料证明还需要铜、锰、钼、钒等元素，这些元素在血清培养中由血清提供，在
8、无血清培养中需要补加。促生长因子是无血清培养基的主要补加物之一。从血清、各种组织和生物成分中用生物工程的方法，制取了各种促细胞生长物，如表皮生长因子(EGF)，成纤维细胞生长因子 (FGF)，血小板生长因子 (PDGF)、生长调节素(SM)等。现已证明很多激素具有促进细胞生长的作用，胰岛素能促进细胞利用葡萄糖和氨基酸，无血清培养基缺乏对细胞的保护，血清培养残余的胰蛋白酶对血清的损伤十分严重，因而无血清培养基必须添加酶抑制剂。另外，脂类是细胞膜的主要成分，添加脂类可以促进细胞增殖。无血清培养的方法细胞的无血清驯化过程如下： 取处于对数生长期的贴壁 CHO 细胞，活率大于 95%，开始进行无血清驯
9、化。 细胞驯化可以在方瓶（T-flask） 、摇瓶（shake-flask）或转瓶（spinner-bottle）中进行。 将无血清细胞培养基和含血清培养基的按 1：1（V/V ）的比例进行混合，接种密度为24105cells/ml 的细胞，在 37、5CO2 培养箱进行培养。 根据细胞生长和活率情况，在降血清的每一阶段可稳定传代 13 代，接种密度维持在 2- 4105cells/ml。 逐步提高无血清细胞培养基在混合液中的比例（V/V ） ，即降低混合液中的血清含量，传代过程的细胞接种密度仍维持为 2- 4105cells/ml。 直至混合液中的血清浓度降低至 0.1-0.2%，每一代的细
10、胞活率大于 90后，此时可将细胞完全培养在 CHO 无血清无动物组分培养基中。 在 CHO 无血清无动物组分培养基中进行放大培养，建立起适应无血清无动物组分培养的CHO 种子细胞库。无血清培养试验步骤1实验材料 2 m$ k* _4 , kCHO细胞株购于俄罗斯Soym Agromed，无血清培养基(CHO-S-sFM1I)购于Gibeo公司。 $ x“ A8 G+ U( s; R6 ) H2实验方法2.1 无血清培养基的配制 n 1 c* Y6 n“ 8 J h用90ml 纯水溶解制备1 升量的袋装Gibeo CHO-S-sFM1I，加人2.45g NaHC03，用 1M NaOH 将pH调
11、为 8.0，再用1M HC1调回至pH7.1 ，定容后用0.22m滤器过滤除菌。2.2 CHO 细胞的适应 “ P9 o, j/ L9 p! G用含血清的常规培养基和无血清培养基1:1(v/v)悬浮细胞，接种量为3105 个/ml 。在37，8培养箱中培养，使细胞密度达5105 个/m1。然后用等体积的 CHO-S-sFM1I 将细胞稀释到3x 105 个/ml，继续培养，重复上述操作，直至血清浓度降为0.1后，用完全无血清培养基培养到3106 个/ml。再以3l05个/ml 接种，传 50 代，至此完成适应工作。无血清培养基无血清培养基的研究有两个方向：一是培养基中不含有任何动物来源的添加组
12、分；二是培养基中不含有不明确的添加组分。依此可以将当前应用较多的无血清培养基归纳为以下四种： (1)无血清培养基，为一般意义上无血清培养基，用各类可替代血清功能的生物材料配制细胞培养基，如牛血清白蛋白(BSA) 、转铁蛋白、胰岛素等生物大分子物质，以及从血清中提取的去除蛋白质的混合脂类以及水解蛋白等。其特点是培养基中的蛋白含量较高,添加物质的化学成分不明确，其中含有大量的动物来源蛋白。 (2)无动物来源培养基，许多商业公司开发的无动物来源培养基是基于生产重组药物的安全考虑，培养基中的添加组分无动物来源，需要的蛋白来源于重组蛋白或者蛋白水解物，这些组分可以保障细胞生长及增殖的需要。 (3)无动物
13、蛋白培养基，培养基完全不用动物来源的蛋白，但仍有部分添加物是来源于植物蛋白的水解片段或合成多肽片段等其他衍生物。此类培养基组分相对稳定，但必须添加类固醇激素和脂类前体，并且对培养的细胞是高度特异性的。 (4)化学组分限定培养基，此类培养基是目前最安全、最为理想的培养基，首先可以保证培养基批次间的一致性，其中所添加的少量动物来源的蛋白水解物、蛋白都是成分明确的组份。其特点是培养基的性质明确，有利于进行细胞培养的代谢研究，同时分离纯化也比较方便。 目前的无血清培养基已进入第三代，第一代无血清培养基虽然不含有血清，但含有大量的动物或植物蛋白，如BSA 或激素等，虽然它所含的总体蛋白要低于血清，但蛋白
14、的含量依然很高，八十年代末，开发出第二代无血清培养基，它完全不用动物来源的蛋白，如 LTI 公司生产的CH0 SSFM I ，它采用悬浮的CHO 表达蛋白，培养基蛋白含量很低(少于100g/m1)，使重组蛋白的纯化简单，目前市售的无血清培养基主要是这一类。第三代无血清培养基现在已经出现，它完全不含有蛋白或含量极低，如 LTI公司最近推出的CHOIPFM，培养基不含任何蛋白质，没有任何动物、人类蛋白或多肽，为表达产品的下游处理工作提供极大方便。成分 优缺点 相关产品第一代无血清，但含有大量的动物或植物蛋白，如 BSA 或激素等总体蛋白要低于血清，但蛋白的含量依然很高 DMEM-F12第二代 无动
15、物来源的蛋白培养基蛋白含量很低(少于 100g/m1)，使重组蛋白的纯化简单。CHO III PFM，CH0-S-SFM II第三代无血清，无蛋白培养基或含量极低化学成分确定，细胞培养及生产过程比较恒定，分离纯化简单，容易管理。 CD CHO MediumCHO 细胞悬浮培养细胞驯化的确没什么技术含量，对于很熟练的人来说，3 周左右吧。就是拿培养基来试！尽量选择 CD 级别培养基，对于反应的控制和以后的纯化都有好处。2，说来现在用的工程细胞也就以 CHO，293，杂交瘤为主了。如果你的细胞株已经是贴壁的，就尽量驯化成悬浮的。3，过程可以直接去掉血清，直接换成无血清培养基。也可以把血清加到培养基
16、当中，再逐步减少血清，直到完全换成无血清培养基。4，在换成无血清培养基后，要密切观察细胞的变化。前期有 20-50%的细胞死亡是正常现象。当然也有差异了。更换培养基时尽量换一半，保留一半的条件培养基（条件培养基是养 2-3 天细胞的培养基） ，里面含有细胞外泌的因子。有利于细胞的生长。5，如果是驯化贴壁到悬浮，用 CD 的培养基会有细胞漂起来，但细胞不一定会死。可以收集起来继续培养。也会有细胞成团的现象，只要不是特别多的细胞聚在一起，不要紧。可以观察一下，养一阶段以后，细胞就会散开。一定浓度的 Pluronic F68、肝素钠或硫酸葡聚糖，能够改善细胞成团的现象。6，如果前期你的细胞生长特别慢
17、，增殖不好，可以考虑加入 5-10ug/ml 的 insulin 胰岛素，当细胞完全适应培养基后，可以逐渐去掉胰岛素，最后完全去除。7，前期适应时，不要急于传代，要等到活细胞密度达到 10e6 以上再传代，传代后接种的密度不小于 1-3 x 10e5/ml。用 CD 培养基时，不能用胰酶消化细胞（因为 CD 培养基中没有蛋白，无法终止胰酶的作用） ，可用 EDTA0.1%-0.5%都可以。8，细胞适应培养基后，活细胞的数量每代是稳定的，达到最大细胞密度的周期是稳定的。而且细胞的状态和有血清时差别不大。细胞的表达量略低于或接近有血清培养。有的要高于有血清培养。9，冻存：条件培养基和新鲜培养基的比
18、例是 1：1，同时加入 5-10%的 DMSO，活细胞数量要不低于 3-5x10e6。10，细胞完全适应以后，在进入反应器之前，是要在摇瓶或转瓶里培养，达到足够的密度和适应程度再进入反应器。驯服 CHO-K1 步骤1 5%FBS 胎牛血清的培养基（14326）培养正常的 CHO-K1。2 当细胞汇合度达到 80%-90%时，PBS 洗涤，胰酶消化，2%FBS 的培养基（14326）终止。计数并离心。3 2%FBS 的培养基（14326）重悬细胞，以 1105个细胞 /毫升的密度接种细胞。4 当细胞的汇合度达到 80%-90%，保留培养基中悬浮的细胞，观察悬浮细胞的活力，如果悬浮细胞无活力，丢弃
19、。如果有活力，保留并与胰酶消化的贴壁细胞混合。5 消化按照步骤 2 进行，1%FBS 的培养基（14326）终止。计数并离心。6 1%FBS 的培养基（14326）重悬细胞，以 2105个细胞 /毫升的密度接种细胞。7 每天观察细胞，并用手掌轻拍细胞瓶让细胞悬浮，重放回培养箱直到细胞的汇合度达到80%-90%（约 4-5 天）8 一旦细胞汇合，保留悬浮的细胞并用手掌轻拍细胞瓶，避免气泡产生。用吸管吹落瓶壁上的细胞，同时将细胞吹散。细胞计数并离心。9 无 FBS 的培养基（14326）重悬细胞，以 8105个细胞/毫升的密度接种细胞培养。直到细胞的密度达到 1.5-2106个细胞/毫升（约 3-
20、4 天） 。10 吹散细胞，计数并离心。11 无 FBS 的培养基（14326）重悬细胞，以 8105个细胞/毫升的密度接种细胞。直到细胞的密度达到 1.5-2106个细胞/毫升。注意细胞聚团的大小（每团细胞的个数） 。12 反复重复步骤 9-1113 以 6105个细胞/毫升的密度接种细胞，60rpm 转速培养。14 培养方法建立之后，可以进行转瓶的扩大培养。15 按照规程和密度，可以对悬浮细胞进行规模化的培养。备注：如果细胞聚团严重，可让大团的细胞沉到细胞瓶底部。吸取单个细胞进行培养。确定总细胞数量和单个悬浮细胞的数量，以安排合理的接种密度。CHO 细胞的转染电穿孔法：通过短暂的高电场电脉
21、冲处理细胞，沿细胞膜的电压差异会导致细胞膜的暂时穿孔。DNA 被认为是穿过孔扩散到细胞内的。电脉冲和场强的优化对于成功的转染非常重要，因为过高的场强和过长的电脉冲时间会不可逆地伤害细胞膜而裂解细胞。理论上说电穿孔法可用于各种细胞，且不需要另外采购特殊试剂，但需要昂贵的电转仪。此法每次转染需要更多的细胞和 DNA，因为细胞的死亡率高。每种细胞电转的条件都需要进行多次优化。有文献称：280V电压电击 20ms、质粒用量为 20pg 时，转染细胞中蛋白的表达量最高。脂质体法：中性脂质体是利用脂质膜包裹 DNA，借助脂质膜将 DNA 导入细胞膜内。带正电的阳离子脂质体则不同，DNA 并没有预先包埋在脂
22、质体中，而是带负电的 DNA 自动结合到带正电的脂质体上，形成 DNA-阳离子脂质体复合物，从而吸附到带负电的细胞膜表面，经过内吞被导入细胞。脂质体法始于 1987 年，此法的出现使得转染效率、转染的稳定性和可重复性大大提高。阳离子脂质体细胞毒性相对较高，对不同的细胞可能会干扰细胞的代谢。非脂质体的脂质：新一代的脂质体技术，其与 DNA 结合形成胶束结构而非简单的双层膜结构，使 DNA 的传递更有效且细胞毒性明显降低。活化的树状聚合物：该聚合物的高度树状分枝形成球形结构，借助每个球体无数活化的氨基末端凝聚在 DNA 上形成较为致密的结构，并吸附在细胞膜上，经内吞进入细胞。活化的氨基可以调节胞内
23、溶酶体 pH 值，抑制降解活性，使 DNA稳定存在。转染效率高，毒性低，可重复性好。血清的存在能显著提高转染效率。CHO 细胞的筛选方法挑选高表达的单克隆细胞株一般采用两种流程：第一种方案首先通过检测外源基因的表达，逐一筛选 dhfr 阳性单克隆，再转到浓度持续升高的 MTX 之下生长，分别进行扩增；另一种方法先把 dhfr 阳性单克隆合并，在不断升高的 MTX 之下加压扩增外源基因的表达，最后挑出稳定的、高表达的单克隆细胞株。加压扩增外源基因表达，除了单纯使用 dhfr 扩增系统或 GS 扩增系统外，也可采用 G418 与 MTX 联合作用细胞，G418 与MSX（ methioninesulphoximine，GS 抑制物）联合作用细胞，或者利用 dhfr 扩增系统与 GS扩增系统共加压。 混合克隆的表达水平远赶不上表达较高的单个克隆，这是因为转染的CHO 细胞中存在不表达或低表达的非生产细胞，并可在长期生存，甚至 MTX 加压时占生长优势，排斥其它高表达细胞，成为细胞群体中的主要部分，导致产量严重下降，并对MTX 加压无反应。当撤除 MTX，会发生外源蛋白表达量下降的情况，原因也可能在此。
