植物表达系统生产生物活性细胞因子促进人多能干细胞心血管分化的研究

本研究针对传统细胞因子生产系统存在的免疫原性和病毒污染风险，开发了基于烟草植物的VEGF和Activin A表达系统。研究人员通过农杆菌浸润法在烟草叶片中成功表达这两种关键细胞因子，并证实其生物活性与商业产品相当。实验证明植物源细胞因子能有效诱导人诱导多能干细胞(iPSCs)分化为心肌细胞和血管内皮细胞，为再生医学提供了更安全、经济的细胞因子生产方案。

　　

心血管疾病是全球首要死亡原因，而干细胞再生治疗为心衰患者带来了新希望。然而，传统使用大肠杆菌或哺乳动物细胞生产的细胞因子存在免疫原性、病毒污染和成本高等问题，严重制约了临床应用。如何安全高效地生产临床级细胞因子，成为推动干细胞治疗产业化的关键瓶颈。

为解决这一难题，来自三菱化学株式会社等机构的研究团队创新性地利用植物表达系统生产心血管分化关键因子VEGF和Activin A。相关成果发表在《Stem Cell Research》期刊，为再生医学提供了新型生物制剂生产平台。

研究采用农杆菌浸润法在烟草叶片中瞬时表达重组蛋白，通过柱层析纯化获得目标产物。活性检测采用VEGF生物活性分析法和MPC-11细胞增殖抑制实验。使用201B6株iPSCs进行心血管分化实验，通过免疫荧光染色评估分化效率，并分析心肌细胞形态特征。

Characterization of plant-expressed VEGF and Activin A
研究成功构建了含水稻α-淀粉酶信号肽的VEGF₁₆₅和N端修饰的pro-Activin A植物表达载体。SDS-PAGE显示纯化产物分子量与预期一致，活性分析证实植物源细胞因子与商业标准品活性相当。

Assessment of cardiomyocyte differentiation by plant-expressed VEGF
在0.625-200 ng/mL浓度范围内，植物源VEGF诱导心肌细胞分化的效率与大肠杆菌源相当。免疫荧光显示两组cTnT⁺心肌细胞在成熟度指标(多核比例、长宽比)无显著差异，但细胞面积存在差异。

Assessment of endothelial cell differentiation induction by plant-expressed VEGF
在100-1600 ng/mL高浓度时，植物源VEGF诱导内皮细胞分化的效率接近传统产品。分化细胞均表达CD31和vWF等内皮标志物，证实功能完整性。

Assessment of cardiomyocyte differentiation induction by plant-expressed Activin A
植物源Activin A在10-500 ng/mL浓度范围内表现出与CHO细胞源相当的 cardiomyocyte诱导效率，且不影响细胞活力。

该研究首次证实植物源细胞因子可有效指导干细胞向心血管谱系分化。相比传统系统，植物平台具有成本低、易放大、无病原体污染等优势。特别值得注意的是，植物特异性糖基化修饰未影响蛋白功能，这为临床级细胞因子生产提供了新思路。随着再生医学市场规模预计在2028年达到490亿美元，该技术有望解决产业化过程中的关键原料供应问题，推动干细胞治疗从实验室走向临床。研究也存在一定局限，如植物源VEGF诱导的心肌细胞面积差异机制尚待阐明，未来需要开展更多功能学验证。总体而言，这项工作为建立更安全、经济的再生医学产品生产体系奠定了重要基础。