《Protein Expression and Purification》：A kaleidoscope of hosts: Expression systems of recombinant antibody reagents for immunological assays
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本文综述了单克隆抗体（mAb）在免疫分析中的应用及多样化发展。探讨细菌、酵母、昆虫、哺乳动物细胞等表达系统的优势与局限，强调抗体格式（如IgG、Fab、scFv、sdAbs）和宿主选择需结合下游应用，平衡产量、结构完整性与成本。未来通过宿主工程、合成设计及AI优化有望提升生产效率并拓展应用领域。
Jia Xuan Yeoh|Yee Siew Choong|Theam Soon Lim
马来西亚科学大学分子医学研究所，11800，槟城，马来西亚
摘要
单克隆抗体（mAbs）因其特异性靶向、高效性和稳定性，在各种疾病和其他慢性病的免疫学分析中显示出巨大的潜力。蛋白质工程和免疫学的进步使得重组单克隆抗体的开发速度惊人。全长抗体IgG通常是首选格式，但Fab、scFv和sdAbs等较小格式的发展为更多应用可能性打开了大门，从而使得mAbs在免疫学检测中的使用更加灵活。已经使用了多种表达系统来生产重组单克隆抗体，包括细菌、酵母、昆虫、哺乳动物细胞、植物、无细胞系统和利什曼原虫系统，每种系统都有其独特的优缺点。本综述强调，选择最佳的表达系统和抗体格式必须根据具体应用来决定，同时平衡产量、结构完整性和成本。虽然没有一种宿主能够满足所有要求，但宿主工程的持续进步、合成设计和人工智能驱动的优化有望简化重组抗体的生产，并扩大其在治疗和诊断领域的应用范围。
引言
从本质上讲，每种抗体都是生物识别和响应原理的体现。抗体是免疫学检测中的重要试剂，可作为高度特异性的分子探针，用于检测和量化从蛋白质和病原体到小分子的各种目标[1]。抗体是由免疫系统对外来入侵者作出反应而产生的Y形蛋白质，它们能够以极高的亲和力结合到目标上的独特位点——表位[2]。抗体具有特异性靶向、高亲和力和稳定性的固有能力，这是它们成为免疫学检测重要试剂的关键因素。蛋白质工程的创新和对体液免疫学的深入理解加速了抗体在生命科学和分析科学中的应用[3,4]。为了应对疾病的复杂性并提高传统单克隆抗体的效果，多年来已经开发出了多种抗体变体[5]。这些变体为分析方法的设计提供了更大的灵活性。
传统的免疫学检测主要依赖于动物来源的抗体，这些抗体需要通过免疫动物来产生完整的Y形免疫球蛋白片段[6]。尽管全长抗体是最常用的分析测试格式，但基于传统抗体开发过程的抗体也存在一定的局限性，如开发和使用动物宿主的成本较高[7]。抗体工程的发展带来了许多较小抗体片段的出现，包括抗原结合片段（Fab）、单链可变片段（scFv）和免疫球蛋白结构域（如单结构域抗体（sdAbs）[8]。此外，这些片段还扩展到了骆驼科动物、鲨鱼、牛等物种[9]。这使得我们可以利用来自不同来源的抗体的独特特性，而不仅仅是传统的小鼠、大鼠、绵羊、山羊和兔子抗体[10]。选择哪种形式的抗体就像一把双刃剑：全长抗体或较小片段各有优缺点。在大多数情况下，较小的抗体片段能够增加组织渗透性并减少与Fc相关的不良反应，同时保持全长抗体的抗原特异性，特别是在体内成像分析中具有优势[11,12]。然而，生产成本和修改的便利性是使较小片段更具吸引力的关键因素。因此，选择生产哪种形式的抗体将主要取决于其预定的下游应用。此外，从动物来源的抗体转向重组抗体可以在结构配置、生产系统、成本和批次间重复性方面提供更大的灵活性[13]。
与大多数重组蛋白生产过程类似，细菌、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、植物、无细胞系统和利什曼原虫等传统表达系统也被用于抗体的表达[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]（图1）。每种系统都有其自身的优势和局限性，平台的选择取决于蛋白质的独特性质和预期应用，例如是否需要翻译后修饰（PTM）、抗体大小、是否需要修饰、成本和产量等因素。由于每种抗体蛋白的氨基酸序列都是独特的，因此其生产过程会遇到各种挑战，需要针对每种新蛋白进行优化[20]。表达系统的适用性可能因抗体类型、所需数量和纯度要求而异，这意味着适用于一种抗体的系统可能不适合另一种抗体。本综述重点介绍了各种重组抗体的表达系统，并讨论了每种系统的独特特点。抗体的表达系统在不同应用（从研究到诊断再到治疗）中通常是相似的。虽然我们的综述中可能包含治疗性抗体的例子，但我们的重点仍然在于抗体表达的技术方面、纯度和产量，因为这些过程大体上是相同的。
部分内容摘录
免疫球蛋白G（IgG）
IgG是一种由多个同源免疫球蛋白（Ig）结构域组成的模块化糖蛋白，作为适应性免疫系统中的主要抗体类别，负责抗原识别和效应分子激活[21]。它由两条相同的重链和两条相同的轻链通过二硫键连接而成，形成两个抗原结合片段（Fab）和一个可结晶的片段（Fc）（图2A）。Fab和Fc区域通过一个灵活的铰链连接，该铰链提供了结构上的灵活性
抗体表达系统
重组抗体可以在多种宿主系统中表达，每种系统都提供了不同的生物学和实际优势。这些表达系统的一般生物学和操作特性在表1中进行了总结，随后的讨论重点介绍了影响每种平台上抗体折叠、组装和翻译后处理的特定因素。表2中的产量数据来自文献中的代表性示例，并非所有系统的实际数据抗体表达系统的当前局限性和未来展望
重组抗体的生产是一个动态且至关重要的领域，推动了研究和生物医学应用的进步[258,259]。为了满足对这些抗体的不断增长的需求，已经出现了多种表达系统，包括细菌、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、无细胞系统和植物[254,258,259]。每种表达平台都带来了独特的优势，但也带来了产量、翻译后处理、可扩展性或产品纯度等方面的局限性。结论
本综述强调了大多数成熟抗体生产表达系统的共同方向。在开发过程中尽早考虑合适的抗体格式和表达系统的选择至关重要，这些因素必须符合特定的研究或制造目标。总体而言，不同的抗体格式具有独特的特性，这些特性会影响最终的抗体的效果和功能。
CRediT作者贡献声明
Jia Xuan Yeoh：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，数据分析。Yee Siew Choong：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。Theam Soon Lim：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，资金筹集，数据分析，概念构思。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来改进语言表达和可读性。作者还使用了Bohrium AI进行文献搜索。使用这些服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。致谢
本工作得到了马来西亚高等教育部基础研究基金计划项目（项目编号：FRGS/1/2024/STG01/USM/02/10）的支持。
