大肠杆菌规模化生产功能性重组人血浆凝胶溶素：为炎症性疾病治疗与诊断提供新策略

本研究开发了一种基于GST融合策略的高效大肠杆菌表达系统，成功实现功能性重组人血浆凝胶溶素（rGelsolin）的规模化生产。通过高密度发酵（产量5.0 g/L）和三步纯化工艺，获得高纯度（>95%）标签去除蛋白。该重组蛋白具有天然样二级结构、热稳定性（Tm～59°C）和钙依赖性肌动蛋白切割活性，为脓毒症、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）等炎症性疾病的治疗与诊断应用提供了可靠的蛋白生产平台。

　　

亮点

表达载体的构建

为提高在大肠杆菌中的表达效率，研究人员合成了经过密码子优化的人凝胶溶素基因（对应UniProt: P06396中28-782位氨基酸残基），该序列剔除了天然信号肽，并在N端引入了S₅N₁₀序列、烟草蚀纹病毒（TEV）蛋白酶切割位点以及GSS间隔序列。该基因由DNA2.0公司合成。随后，利用BamHI和XhoI限制性内切酶对合成基因和pGEX-4T-1质粒进行双酶切，并通过连接反应将目标基因克隆至表达载体中。

在大肠杆菌中表达和生产可溶性rGelsolin

如图1所示，表达盒的设计由Tac启动子驱动，构建了一个融合蛋白，其中重组凝胶溶素（rGelsolin）通过烟草蚀纹病毒（TEV）蛋白酶切割位点与谷胱甘肽S-转移酶（GST）相连（即GST-rGelsolin融合蛋白）。选择GST标签旨在增强重组蛋白的可溶性并便于后续的亲和纯化。这一巧妙设计使得能够生产带N端标签的rGelsolin，并最终通过酶切将其转换为天然（无标签）形式。

讨论

本研究成功建立了一个强大且可扩展的系统，用于在大肠杆菌中生产重组人血浆凝胶溶素（rGelsolin），并证实该重组蛋白在结构和功能上与天然血浆来源的凝胶溶素高度相似。通过综合运用密码子优化、GST融合标签、自动诱导发酵以及精细纯化策略，我们实现了约5.0 g/L的可溶性蛋白产量，最终获得约2.1 g/L的高纯度、无标签rGelsolin。

结论

本研究成功实现了rGelsolin的表达、纯化和鉴定。rGelsolin的高纯度、良好可溶性以及保留的肌动蛋白细丝切割活性，突显了其作为研究肌动蛋白动力学和细胞骨架调控的宝贵工具的潜力。其性能与商业化的凝胶溶素产品相当，表明rGelsolin有潜力成为研究和治疗应用中一种经济高效的替代品。我们的研究结果表明，rGelsolin是一种有前景的生物活性分子，适用于从基础科学研究到治疗开发的广泛领域。