转基因猪生物反应器领域取得重要研究进展

来源：华南农业大学2022-08-25 15:35

本文在国际上首次利用转基因猪的唾液腺作为生物反应器，高效合成了一种对人类神经系统疾病具有良好治疗作用的蛋白质——人神经生长因子。

近日，华南农业大学动物科学学院、国家种业工程技术研究中心的吴振芳教授在《cells》杂志上发表了一篇题为《基因工程猪作为高效唾液腺生物反应器生产具有治疗价值的人神经生长因子》的研究论文。论文链接https://www.mdpi.com/2073-4409/11/15/2378.本文在国际上首次利用转基因猪的唾液腺作为生物反应器，高效合成了一种对人类神经系统疾病具有良好治疗效果的蛋白质类人神经生长因子。本发明为生产高活性人类药用蛋白提供了一种高效的新技术，拓展了畜牧业在人类医学上的应用，为人类健康带来了新的福音。

该论文是继2018年吴振芳教授团队在《Elife》杂志上发表了一篇关于特异性表达外源消化酶的节粮环保型转基因猪的论文后，转基因猪唾液腺生物反应器领域的又一重要研究进展。教授及其团队的李教授为上述论文的合著者，博士后(现为我校海洋学院教师)，研究生廖莎、匡哲为该论文的第一合著者。本论文主要受国家转基因科技重大专项和国家自然科学基金资助。

神经生长因子(NGF)在神经细胞的生长、分化和再生中起重要作用。对一些神经系统疾病有很好的治疗作用，如青光眼、老年痴呆症等。神经生长因子是由生物学家丽塔列维蒙塔尔奇尼和斯坦利科恩发现并鉴定的，他们在1986年获得了诺贝尔医学生理学奖。

由于NGF(小鼠NGF，mNGF)与人NGF (HNGF)蛋白的高度同源性，从小鼠唾液腺中分离纯化的mNGF蛋白于2002年被中国政府批准作为治疗人类某些神经损伤性疾病的药物。然而，mNGF蛋白的稳定性和生物活性低于hNGF蛋白。最近，美国和欧盟批准大肠杆菌表达的hNGF蛋白可以作为治疗人类神经源性角膜炎的药物。这种药物也已经被中国政府批准在中国进口、销售和使用。然而，由于缺乏一些重要的翻译后修饰，在大肠杆菌中表达的hNGF蛋白的生物活性可能会降低。因此，哺乳动物细胞表达的hNGF蛋白应该具有更高的活性和更大的治疗价值。

动物唾液腺天然表达高活性的NGF蛋白，这意味着唾液腺是表达NGF蛋白的理想组织。此外，家畜的唾液腺是一种潜在的高效生物反应器，具有以下优点：(1)家畜从出生到死亡的整个生命周期中，都能在唾液腺中表达潜在的治疗药物蛋白，并分泌到唾液中。而常用的家畜乳腺或家禽输卵管生物反应器只能在产奶或产蛋期表达药用蛋白并分泌到奶或蛋中。(2)雄性和雌性转基因家畜均可作为唾液腺生物反应器生产药用蛋白，但只有雌性转基因动物可用于家畜乳腺或家禽输卵管生物反应器；(3)家畜每天的唾液分泌量非常大，有利于高效分泌表达的药用蛋白。例如，猪、山羊和牛每天分别分泌15、6-16和60-190升唾液。(4)使用手术或非手术方法，可以从家畜中收集大量唾液，用于纯化目的蛋白。

吴振芳教授的团队利用piggyBac转座系统结合体细胞克隆方法，制备了在唾液腺中特异性高效表达hNGF蛋白的转基因猪。转基因猪在其唾液中分泌高水平和高活性的hNGF蛋白。吴振芳教授的团队利用他们建立的手术和非手术唾液收集方法，高效地从转基因猪的口腔中收集了大量含有hNGF蛋白的唾液，并通过尺寸排阻色谱法成功地从收集的唾液中纯化了hNGF蛋白，证明了hNGF蛋白对神经细胞的增殖和分化具有良好的生物活性。为了防止转基因猪唾液中hNGF蛋白的纯化受到内源性表达猪神经生长因子(pNGF)蛋白的污染，团队在转基因猪的基础上，利用CRISPR/Cas9系统结合同源重组，用另一拷贝hNGF基因替换转基因猪的内源性pNGF基因，通过体细胞克隆，产生了具有两个拷贝hNGF基因且不能表达内源性PNGF蛋白的双转基因猪。转基因猪生物反应器具有巨大的应用前景。

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