自美國FDA批準第一個重組蛋白藥物（重組人胰島素Humulin）上市，至今已過了30余載。近年來，重組蛋白藥物在全球處方藥市場上所占的比重越來越大。由于糖基化修飾對保持其活性很關鍵，因此重組蛋白的生產多采用哺乳動物細胞。然而，哺乳動物細胞內的蛋白表達卻并非易事，表達量低，不太穩定，周期長，成本高，這都是困擾研究人員的因素。因此，大家往往將蛋白表達的成功與否歸結在運氣上。

其實，不光講運氣，還要講實力。對于蛋白表達而言，弄清這其中的原理和影響因素，遠比燒高香更有用。大家都知道，在構建重組蛋白時，目的基因往往以隨機整合的方式，整合到宿主細胞的基因組中。而外源蛋白的實際表達情況，往往依賴于它的整合位置和這部分染色質的結構。哺乳動物細胞的染色質常常處于關閉、緊密的狀態，這種“轉錄沉默”最終導致外源蛋白產量不高，篩選高產克隆很困難。

為了克服這種位置效應，研究人員也開始嘗試引入轉錄調控元件，UCOE便是其中的一種。UCOE全稱為泛染色質開放元件（Ubiquitous Chromatin Opening Element），是一個小的DNA片段，源于看家基因的無甲基化CpG島。研究表明，UCOE能有效防止基因沉默，不論整合到染色質什么位置，目的基因都能持續穩定、高水平地表達。

大獎在握的UCOE技術

UCOE一開始只是倫敦國王學院Michael Antoniou實驗室中的小眾技術。之后商業化。2007年，UCOE技術被著名咨詢公司Frost & Sullivan授予美國藥物開發技術市場的年度創新技術大獎（2007 Frost & Sullivan Technology Innovation of the Year Award）。

“總的來說，在使用UCOE技術后，蛋白質表達水平比傳統的哺乳動物細胞表達方法高了10-50倍。這一創新方法極大地提高了研究的質量，而UCOE技術有望對藥物開發以及治療藥物的開發和制造產生持久的影響，”Frost & Sullivan的行業分析師Shankar Sellappan博士如此評價UCOE。

的確，UCOE技術使哺乳動物細胞的蛋白表達量有了飛躍。受其控制的基因能很好地克服位置效應而保持活躍的轉錄狀態，從而使目的蛋白能在宿主細胞中獲得高產量的表達。

UCOE表達效果

利用UCOE技術，研究人員能夠在30天內獲得g/L級的目的蛋白，發酵規模達100 L。與傳統不含UCOE的載體相比，UCOE技術的應用使得高表達克隆的比例更高。因此，篩選穩定表達克隆的時間大大縮短，僅需1-2個月，篩選不到100個克隆。UCOE技術與目前標準的工業化平臺兼容，如CHO細胞、CMV啟動子、常用質粒、轉染試劑、培養基等。此外，細胞能穩定傳代達130代以上。

口說無憑，實驗為據。UCOE技術目前已經成功用于抗體、促紅細胞生成素（EPO）、GPCR、活性蛋白/酶以及細胞因子的生產。

目的蛋白產量大幅提高

之前發表在《Cytotechnology》上的研究表明，UCOE只需篩選少量克隆，即可在5周內產生200 mg/L的抗體¹。圖1也顯示，UCOE 表達技術能將分泌型EPO蛋白的產量提高9-56倍。在外源基因啟動子5’端上游加上一個UCOE 元件，使產量平均提高了20倍以上。CHO-K1細胞經轉染和抗生素篩選、培養，評估克隆產量。

更短的時間，更高的產量

圖2顯示了單克隆抗體的快速生產。利用90 μg抗體表達質粒轉染3 x 10⁷ CHO-S細胞。經抗生素篩選，培養并放大到10L。在第16天添加少量新鮮培養物（+opti）。經評估，帶UCOE元件的表達質粒的抗體產量得到顯著提高。

更便于發現高產克隆

傳統的篩選無異于大海撈針，而在使用UCOE技術之后，由于多數細胞均表現穩定高產，篩選高產克隆就顯得簡便多了。兩個載體分別帶有抗體的重鏈和輕鏈基因，共轉染CHO-S細胞，經抗生素篩選，隨機選取96個克隆進行抗體產量評估（圖3）。

成功表達困難蛋白

雷帕霉素靶點蛋白（mTOR）是個289 kDa的激酶，由于其大小和易被蛋白酶降解，它的表達一直很困難。之前利用傳統的表達載體來表達mTOR的嘗試往往以失敗告終。之后，研究人員利用UCOE技術，以三種不同的培養形式（生物反應器、轉瓶、搖瓶）來生產mTOR。3天后，蛋白表達量分別為：81 μg/L（搖瓶）、236 μg/L（轉瓶）和500 μg/L（生物反應器）。SDS-PAGE后經考馬斯藍染色的結果如圖4所示。這些結果經western blot驗證，但數據未顯示。

果然，有了UCOE，我們也能成為蛋白表達的實力派。表達周期大大縮短，表達產量大大提高，這不正是我們夢寐以求的嗎？無論是發表文章，還是制造產品，UCOE都能助你早日獲得成功。

目前，BioVector NTCC Inc.提供人和小鼠的UCOE表達載體，供科研使用。若需要商業版的UCOE系列，用于蛋白藥物的開發及生產，請聯系BioVector NTCC Inc.。

技術支持熱線：010-53513060, 18901268599

參考文獻：

1. Benton T, Chen T, McEntee M, Fox B, King D, Crombie R, Thomas C, Bebbington C. The use of UCOE vectors in combination with a preadapted serum free, suspension cell line allows for rapid production of large quantities of protein. Cytotechnology. 38, 43-46 (2002)