“沃伯格效应” 突破:哺乳动物细胞无乳酸生产且生长不受限的基因编辑策略

【字体: 时间:2025年01月23日 来源:Nature Metabolism 19.2

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  在生物制药生产中,癌细胞等增殖性哺乳动物细胞的 “沃伯格效应”(Warburg effect)导致乳酸积累,抑制细胞生长和蛋白生产。研究人员通过同时敲除乳酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶激酶,成功消除中国仓鼠卵巢细胞和人胚肾细胞系 HEK293 的乳酸生产,该成果对生物治疗生产意义重大。

  “沃伯格效应”(Warburg effect)指即便在有氧条件下,葡萄糖也会发酵生成乳酸,这一现象在包括癌细胞在内的增殖性哺乳动物细胞中普遍存在。但在生物制药生产领域,乳酸积累会抑制细胞生长和蛋白质生产。以往消除细胞中乳酸生成的尝试均以失败告终,因为乳酸脱氢酶(LDH)对细胞生长至关重要。
此次研究中,研究人员同时敲除中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和人胚肾细胞系 HEK293 中的乳酸脱氢酶(LDH)和丙酮酸脱氢酶激酶(PDK),从而打破通常抑制丙酮酸转化为乙酰辅酶 A(acetyl-CoA)的负反馈回路,有效消除了细胞的乳酸生成。这些细胞被称为 “沃伯格效应缺失细胞”(Warburg-null cells),它们在几乎不产生乳酸的同时,仍保持野生型生长速率,耗氧量代偿性增加,几乎完全依赖氧化代谢,在补料分批细胞培养中可达到更高的细胞密度。

“沃伯格效应缺失细胞”(Warburg-null cells)依旧适用于多种生物治疗蛋白的生产,能达到工业相关的滴度,并维持产物的糖基化修饰。这种消除乳酸生成的能力不仅有助于生物治疗生产,还为研究这一常见的代谢现象提供了有力工具。

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