植物反应器在生物制药中的应用

杨丽

摘 要：随着生物技术的兴起，生物制药技术也越来越受到人们的关注，它的产生与发展给人们带来了很多便利与希望，人们可以运用这个技术更加容易，更加快捷地生产药物，降低甚至消除由很多疾病给人们带来的极大痛苦。植物反应器是生物制药技术中最常用的一个，医药上所使用的许多抗体药物，疾病疫苗，保健品等大都是通过植物反应器来进行制造的。本文主要就植物反应器在生物制药中的应用做一叙述。

关键词： 植物反应器；生物制药；抗体；疫苗；基因工程

【中图分类号】 J522.3 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0203-02

一、植物反应器及其优势

植物生物反应器广义上是指以植物悬浮细胞或整株植物作为加工厂大量生产具有重要功能的蛋白，或能够用于食用的物質，狭义上的植物反应器是指通过基因工程途径改造植物细胞，组织器官，或是整个植株，来达到使其能生产人们想要的代谢产物的目的，而这些代谢产物大多是具有药用价值的次级代谢产物。

在生物制药的初期，人们更多地是使用动物反应器来作为生产相关药物的工具，如利用微生物发酵和动物细胞的培养，但是由于这个方法缺陷太多，如在微生物发酵中需要昂贵的仪器设备和大量人力的投入，在动物细胞的培养中需要严格控制无菌条件，同时需要有适合的培养基及培养条件，此外动物细胞本身可能带来致病菌，使得生产出的药物量少不安全且价格昂贵，不能很好地满足大多数人的需求。植物反应器的出现较好地解决了动物反应器的缺陷，它不需要人们花太多的精力，而且可以大规模地生产，产品对人无毒害作用，故在生物制药中是一种较为经济，安全的工具。

人们其实很早提出利用植物反应器这一生物制药技术来生产药物，故对其有大量的研究和应用

二、植物反应器在生物制药中的应用

利用转基因植物作为生物反应器生产药用蛋白的研究已受到各国的重视，利用转基因植物生产抗体药物，口服疫苗是探索研究的热点。将编码全抗体或抗体片段的基因导入到植物细胞，在其内表达出能功能性地识别抗原且特异性地与抗原结合的全抗体和部分抗体，之后通过人为地将抗体进行加工和处理，即得用于医药的抗体药物。

在1989年，人们通过将具有活性的单克隆抗体导入烟草中，首次得了转基因植物，开创了植物生产抗体的先河，之后陆续有人通过在其他植物中进行转基因，得到了胞疹病毒抗体，淋巴瘤抗体等等。在1993年，研究人员把口蹄疫病毒FMDV抗原基因转入豇豆花叶中，得到表达，从而制得口蹄病毒疫苗。2002年我国科学家将乙肝病毒基因导入海带得倒了乙肝表面抗原。 2005国外科学家将基因导入烟草中制得艾滋病病毒Tat蛋白， 第二年同样以烟草作为植物反应器，得到狂犬病毒单克隆抗体。 在2006年，有人将鼠源单抗3G1单链抗体基因连接在双元表达载体pBI121CaMV35s启动子下游，构建了能在植物中高效表达的pBI121-3G1ScFv载体。利用根瘤农杆菌介导的抽真空转基因技术，将其转入野生拟南芥中。结果经过酶切分析、PCR验证及抗性筛选，结果表明3G1ScFv基因被导入拟南芥组织细胞，获得9株T0代转基因植株，从而也获得了抗汉滩病毒鼠源单抗3G1单链抗体。2007年我国科学家首次构建了烟草的叶绿体表达载体并进行了烟草的遗传转化，研究出一种新型乙肝病毒疫苗，该研究结果显示外源新型乙肝抗原基因被正确地整合到叶绿体基因组中预定的位点，表达量大大提高，显示了叶绿体表达系统有极大的优越性，因为在这之前有科学家就已经将新型的乙肝抗原基因通过农杆菌导入水稻，发现在水稻種子可以高效表达，但是通过这次的研究发现叶绿体系统比水稻种子更加适合乙肝抗原的表达。2010年，利用生产拟南芥西尼罗河病毒抗体，这是首次人们利用植物生产西尼罗河病毒抗体。在2014年我国科学家以HCV （hepatitis C Virus）基因组以及与型糖尿病密切相关的PGC1αa mRNA为靶点，依据序列互补原则设计了药用干扰小RNA或称人造小RNA （artificial microRNA）的序列。然后构建表达载体质粒，通过农杆菌介导的转化技术将其转入生菜，用RT-PCR和Northern blot的方法对转化再生植株B-）NA的表达进行分子鉴定。

此外，利用植物反应器不仅生产抗体和疫苗，同时在其他药用物质的生产也有突出的贡献，如酶的生产，维生素的生产等。第一个植物生物反应器的标志性酶产品是由国外两家公司在2003年联合推出的利用玉米生产的牛胰蛋白酶 。在2000年瑞士科学家将水仙的八氢番茄红素合成酶和番茄红素环化酶基因导入水稻，研制出一种富含β胡萝卜素（维生素A前体）的水稻，食用富含铁质和维生素A的这种转基因水稻，将大大减少发展中国家儿童贫血症和维生素A缺乏症的发病率。获得15年诺贝尔生理学或医学奖的屠呦呦于1972年发现并并成功提取了青蒿素，同时于2011年因为发现青蒿素一种用于治疗疟疾的药物，它可以有效降低疟疾患者的死亡率。利用植物反应器还可以生产其他多种药用蛋白，包括胰岛素；免疫调节剂，如白介素、干扰素和一些生长因子如人表皮生长因子、碱成纤维细胞生长因子等，目前很多种蛋白已经进入不同临床阶段或已上市。

三、结论

在人口密度集中、医疗条件较落后的国家，一些传染性疫病特别是急性传染性疾病会带来巨大的损失。在这些国家和地区推广种植可生产药用蛋白的转基因植物，可以很好地解决医药短缺的窘境。在欧美一些发达地区，生物制剂市场同样存在巨大潜力。无论是发展中国家还是发达国家，对生物制剂的需求都将会日益增加。

目前虽然利用植物生物反应器生产的蛋白产品很多，但目前实现成功上市却很少其原因一方面是目前人们还不太接受转基因药物没另一方面植物中外源蛋白的表达量较低；目标蛋白活性较差。这需要科研人员的不懈努力，增强植物反应器的系统表达能力，降低其产品的风险性，提高它的安全性。

随着生物技术的不断发展，生物制药技术必然会成为未来生产药物制剂的主要技术，而利用植物反应器这一“药物生产车间”进行药物生产必在生物制药中占有不可忽视的地位。我们需要对其不断地深入研究，不断地进行进行改良，使植物反应器在在未来具有更加广泛的应用前景，为解决人类疾病做出更多的贡献，为人类带来更多的便利和效益。

参考文献

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