综述：将分子农业整合到可持续植物生物技术中：转基因植物作为蛋白质类药物生产生物工厂的综述

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Integrating molecular farming into sustainable plant biotechnology: a review of transgenic plants as biofactories for protein-based pharmaceutical production

本综述系统阐述了分子农业（Molecular farming）作为生物制药新兴领域的最新进展。文章通过Scopus数据库检索至2025年的相关研究，重点对比植物表达系统相较于微生物和哺乳动物细胞培养体系在成本控制、规模化潜力及生物安全性方面的优势，详述本氏烟（Nicotiana benthamiana）、水稻（Oryza sativa）等模式植物的应用场景，并探讨了瞬态表达（transient expression）、糖基化工程（glycoengineering）等关键技术突破如何推动植物源生物制剂（plant-derived biologics）的质量升级与产业化进程。

　　

分子农业的技术脉络与应用前景

分子农业（又称生物制药）正以前所未有的速度重塑生物医药产业格局。这项技术通过基因工程技术将植物转化为高效的生物反应器，用于生产疫苗、治疗性蛋白及工业酶等高附加值产品。与传统微生物发酵或哺乳动物细胞培养系统相比，植物表达系统展现出显著优势：成本降低可达数十倍，规模化生产仅需农业基础设施，且植物病毒不感染人类，从根本上规避了兽源病原体污染风险。

核心植物宿主体系

本氏烟（Nicotiana benthamiana）作为瞬时表达体系的模式植物，能在数日内完成目标蛋白的快速合成，已成为埃博拉病毒疫苗ZMapp^?等紧急药物的生产平台。水稻（Oryza sativa）种子表达系统则凭借天然蛋白储存功能，可实现人血清白蛋白等热稳定蛋白的长期保存。而生菜（Lactuca sativa）通过叶绿体转化技术，使外源基因稳定遗传并实现超高表达量，为口服疫苗开发提供新路径。

技术突破驱动产业化进程

启动子工程通过组织特异性启动子（如水稻胚乳特异性启动子Gt1）精准调控蛋白表达时空分布；亚细胞定位技术将目标蛋白定向至内质网或蛋白体，显著提升复合蛋白正确折叠率；密码子优化策略根据植物偏好性重构基因序列，使人类源蛋白表达量提升超300%。尤其值得关注的是糖基化工程（glycoengineering）的突破——通过敲除植物特异性糖基转移酶并引入哺乳动物糖基化通路，成功使植物产生的单克隆抗体具备与CHO细胞相媲美的均一化N-糖基化修饰。

监管与伦理挑战

尽管技术日益成熟，植物源医药产品的商业化仍面临严格监管。欧盟EMA与美国FDA对田间试验设有多重生物安全隔离要求，防止基因流扩散至粮食作物。伦理争议聚焦于药用作物与食用作物的交叉污染风险，以及转基因植物田间试验的公众接受度。目前全球已有14种植物源医药产品进入临床三期，包括针对戈谢病的胡萝卜细胞表达葡萄糖脑苷脂酶。

可持续制药新范式

分子农业将传统制药业与可持续农业深度融合，形成“绿色生物制造”新范式。通过垂直农业设施实现全年连续生产，单位面积蛋白产量可达哺乳动物细胞培养的100倍。随着合成生物学与精准农业技术的交叉融合，未来可能出现可编程植物生物反应器，通过光控基因开关按需合成个性化药物，最终构建基于分子农业的分布式药品生产网络，彻底改变全球药物供应链格局。