轉基因豬生物反應器領域研究獲重要進展

 利用轉基因豬唾液腺生物反應器合成hNGF蛋白示意圖。研究團隊 供圖

華南農業大學動物科學學院、國家生豬種業工程技術研究中心教授吳珍芳團隊在轉基因豬生物反應器領域取得重要研究進展，在國際上首次利用轉基因豬的唾液腺作為生物反應器，高效合成一種對人的神經性疾病具有良好治療作用的蛋白—人神經生長因子。相關研究近日發表于Cells雜志。

據了解，該論文是吳珍芳團隊繼2018年在Elife雜志發表了一篇關于“唾液腺特異表達外源消化酶的節糧環保轉基因豬”的論文后，在轉基因豬唾液腺生物反應器領域的又一重要研究進展。吳珍芳及其團隊的李紫聰教授為上述論文的共同通訊作者。

神經生長因子（Nerve Growth Factor, NGF）對神經細胞的生長、分化和再生都有重要作用。它對一些神經性疾病，例如青光眼和阿爾茨海默病等，有良好的治療效果。由于鼠源的NGF（mouse NGF, mNGF）與人源的NGF（human NGF, hNGF）蛋白的同源性很高，從小鼠唾液腺組織中分離純化的mNGF蛋白已于2002年被我國政府批準作為藥物用于治療人的一些神經損傷疾病。但是mNGF蛋白的穩定性和生物活性是低于hNGF蛋白的。然而，大腸桿菌表達的hNGF蛋白有可能由于缺乏某些重要的翻譯后修飾而導致其生物活性降低。因此，通過哺乳動物細胞表達的hNGF蛋白應該活性更高，更具治療價值。

動物的唾液腺天然表達高活性的NGF蛋白，這意味者唾液腺是表達NGF蛋白的一個理想組織。此外，家畜的唾液腺是潛在的高效生物反應器，它的優點有以下四點：

一是，家畜從出生至死亡，在整個生命周期都可以在唾液腺中表達具有潛在治療作用的藥物蛋白，并分泌至唾液中。而常用的家畜乳腺或家禽輸卵管生物反應器只能在產奶期或產蛋期表達藥用蛋白并分泌至乳汁或雞蛋中；

二是，雄性和雌性的轉基因家畜都能用作唾液腺生物反應器來生產藥用蛋白，但家畜乳腺或家禽輸卵管生物反應器只能利用雌性的轉基因動物；

三是，家畜每天的唾液分泌量很大，有利于高效分泌表達的藥用蛋白。例如豬、山羊、牛平均每天分別分泌唾液 15、6-16、60-190升；

四是，使用手術性或非手術性的方法可以從家畜收集大量的唾液用于目的蛋白純化。

吳珍芳團隊利用piggyBac轉座系統結合體細胞克隆法制備了在唾液腺中特異高效表達hNGF蛋白的轉基因豬，該轉基因豬在其唾液中分泌高水平高活性的hNGF蛋白。團隊利用他們所建立的手術性和非手術性唾液收集法從轉基因豬的口腔高效收集到大量含hNGF蛋白的唾液，利用尺寸排除色譜法從收集的唾液中成功純化獲得hNGF蛋白，并證明該hNGF蛋白對神經細胞的增殖和分化具有良好的生物活性。

為了防止從轉基因豬的唾液中純化hNGF蛋白時被內源表達的豬神經生長因子（pig NGF, pNGF）蛋白“污染”，吳珍芳團隊在轉hNGF基因豬的基礎上利用CRISPR/Cas9系統結合同源重組，把轉基因豬內源的pNGF基因用另一個拷貝的hNGF基因替換，并通過體細胞克隆法生產出攜帶兩個拷貝的hNGF基因，且不能表達內源pNGF蛋白的雙轉基因豬。該轉基因豬生物反應器具有巨大的應用前景。

該研究為生產高活性的人類藥用蛋白提供了一種高效的新技術，拓展了畜牧動物在人類醫學中的應用，給人類健康帶來了新的福音。

相關論文信息：https://doi.org/10.3390/cells11152378