重组抗体表达,看起来是"把质粒转进去、等几天、收上清"这么简单,实际做起来却问题不断。抗体不稳定、293 和 CHO 选不对、载体与细胞不匹配、产量上不去——每一个环节都可能成为卡点。钟鼎生物拥有完善成熟的哺乳动物蛋白表达平台,在重组抗体表达服务中积累了大量的经验。本文列举重组抗体表达中常见的 13 个问题,附有我们的分析,供大家参考。
📋 本文内容速览
- 抗体稳定性:从洗脱到保存的 5 个关键控制点
- 293 与 CHO:细胞形态与选择策略
- 载体与细胞配套:配对选择示意
- 抗体产量提升:五级阶梯策略
- 高通量抗体筛选:深孔板流程
- 表达周期、质粒质量与常见故障排查
- 常见问题解答(FAQ)
PART 01如何提高抗体的稳定性?
抗体稳定性是重组抗体从"表达出来"到"能用"之间的关键一步。优化洗脱条件,可以从高的 pH 逐渐降低;纯化的样品要及时中和,甚至一边纯化一边中和;纯化实验过程中样品低温制备和保存;添加蛋白保护剂比如甘油、吐温;抗体浓度较高时需要及时稀释,避免高浓度聚沉的风险。
1洗脱 pH 梯度优化
Protein A/G 亲和纯化通常使用低 pH 洗脱(如 pH 2.5-3.0),但低 pH 会损伤抗体结构。建议从较高的 pH 逐渐降低,找到既能有效洗脱又对活性影响最小的 pH 条件。
2及时中和
洗脱后的抗体溶液 pH 极低,必须立即中和。建议在收集管中预先加入中和缓冲液(如 1 M Tris-HCl pH 9.0),实现"边纯化边中和",减少抗体在低 pH 下的暴露时间。
3低温制备与保存
纯化全过程在 4℃ 或冰上进行,减少蛋白酶活性和聚集风险。纯化后的抗体分装保存于 -80℃,避免反复冻融。
4添加蛋白保护剂
甘油、吐温等保护剂可以减少抗体在溶液中的聚集和吸附损失。甘油的常用终浓度为 5%-50%,吐温-20 常用 0.01%-0.05%。
5控制抗体浓度
抗体浓度较高时需要及时稀释,避免高浓度聚沉的风险。一般建议抗体储存浓度不超过 1-5 mg/mL,具体取决于抗体本身的稳定性。
稳定性优化的优先级:① 及时中和(最关键,影响最大)→ ② 低温操作(减少降解)→ ③ 添加保护剂(减少聚集)→ ④ 控制浓度(防止聚沉)→ ⑤ 优化洗脱 pH(平衡洗脱效率与活性保留)。
PART 02293 与 CHO:细胞形态与选择策略
用哺乳体系进行表达的话,选择 293 还是 CHO?这取决于你的实验目的和下游用途。两种细胞在形态、生长特性、表达特点上都有明显差异。
CHO 细胞即中国仓鼠卵巢细胞,是目前表达外源蛋白最多最成功的细胞之一。该细胞属于成纤维细胞,是一种非分泌型细胞,自身很少分泌内源蛋白,因此有利于目的蛋白的纯化分离。相较于其他细胞类型,CHO 细胞是治疗性蛋白生产的主要宿主细胞,原因如下:
- 能在化学成分限定和无血清悬浮培养中稳定生长;
- 该细胞基因组信息明确,在人类致病病毒应答方面表现出合理的安全性;
- 能够表达与人相似的翻译后修饰。
此外,CHO 细胞表达系统的最重要优势之一是能够容易地得到基因改造的细胞。然而,因为糖基化模式与人类不完全相同,导致 CHO 细胞产生的重组蛋白在某些时候仍然表现出免疫原性。
HEK293 细胞是真核蛋白表达常用的细胞之一,它具有以下优势:更快的生长速度,更高的生长密度、转染效率高,表达后修饰更接近人体蛋白的结构,可能会有潜在的人病毒污染。
选择建议:① 快速获得抗体用于早期验证——选 293T/293F 瞬时表达;② 治疗性抗体生产、需要长期稳定供应——选 CHO 稳定细胞株;③ 对糖基化模式有严格要求——需要评估两种细胞的糖基化差异;④ 预算有限、时间紧迫——293 瞬时表达周期更短。
PART 03载体与细胞配套:配对选择示意
重组抗体表达载体和细胞最好是配套的,比如 293T 细胞对应 PCDNA3.1 载体,有 EBNA 改造的细胞对应有 Orip 复制起点的载体,还有标准细胞株和标准质粒,例如 Thermo 的 293F 对应 PCDNA3.4 载体等。
▲ 常用细胞株与表达载体的配套关系(示意)
配套的核心逻辑:载体与细胞配套的本质是"让载体在细胞里发挥最大效率"。293T 的转染效率高,配常规 CMV 载体即可;293E 表达 EBNA1,配含 Orip 的载体可实现质粒自我复制;CHO 做稳定株,配含筛选标记的载体才能进行后续的加压筛选和基因扩增。
常见误区:① 用 293T 配 Orip 载体——293T 不表达 EBNA1,Orip 载体无法复制;② 用 CHO 配常规瞬时表达载体——没有筛选标记,无法建立稳定细胞株;③ 载体和细胞随意搭配——转染效率和表达量都会大打折扣。
PART 04抗体产量提升:五级阶梯策略
如何提高重组抗体的产量?选择高表达系统,制备无内毒素、高超螺旋质粒,细胞状态要好,时间允许可以表达优化,延长表达时间,提高纯化得率。
1
选择高表达系统(293F / Expi293 等)
3
确保细胞状态良好(对数生长期、活力 >95%)
产量提升的优先级:① 质粒质量(超螺旋比例、内毒素)→ ② 细胞状态(活力、密度)→ ③ 表达系统(293F vs 293T)→ ④ 表达条件(温度、补料)→ ⑤ 纯化工艺。很多时候,产量上不去的原因不在表达系统,而在质粒质量和细胞状态这两个"基础项"。
质粒质量对表达量的影响:超螺旋比例 90% 以上是比较理想的真核表达质粒,较低的超螺旋比例会降低表达量近 50% 以上。内毒素会降低转染效率并影响细胞状态。建议使用无内毒素质粒抽提试剂盒制备质粒,并检测超螺旋比例。
PART 05高通量抗体筛选:深孔板流程
是否能高通量筛选重组抗体?可以做高通量抗体表达及筛选,利用深孔板震荡仪培养,一次可以做大量的表达,可以通过 ELISA 效价检测筛选,可以通过微量纯化获得 20-50μg 抗体。
1深孔板培养
利用深孔板震荡仪培养,一次可以做大量的表达,适合抗体早期筛选阶段。
2ELISA 效价检测
通过 ELISA 检测上清中抗体的效价,快速筛选出高表达的克隆。
3微量纯化
通过微量纯化获得 20-50μg 抗体,用于后续的功能验证和亲和力测定。
高通量筛选的适用场景:① 抗体人源化改造后的候选克隆筛选;② 亲和力成熟后的突变体筛选;③ 双特异性抗体不同构型的初步评价;④ 稳定细胞株筛选中的高表达克隆挑取。高通量筛选的核心价值是"用最小的样本量、最短的时间,从大量候选克隆中挑出最有潜力的几个"。
PART 06表达周期、质粒质量与常见故障排查
钟鼎表达重组抗体服务的优势是什么?
可变区和高变区:
- 基于生物信息学的氨基酸序列分析;
- 基于结构生物学的同源建模以及计算机辅助设计和抗体改造;
- 基于空间结构的序列分析的重要氨基酸的回复突变。
恒定区:
- 重链、轻链载体骨架,人源、鼠源多物种可供选择;
- 丰富的载体表达哺乳动物抗体恒定区。
表达的重组抗体是否具有活性?
真核表达系统较原核表达的优势就是活性较好,理论上大部分都是有活性的,但是不同的样品稳定性不一样,需要以实际实验结果为准。
重组抗体表达周期一般需要多久?
重组抗体表达周期取决于表达体系和表达规模:①瞬时表达(293T/293F)——从质粒转染到收获上清通常需要5-10天,加上质粒制备和纯化,整体周期约2-3周;②稳定细胞株表达(CHO)——从转染、筛选、扩增到表达,通常需要2-3个月;③高通量微量表达——利用深孔板震荡仪培养,一次可以做大量表达,周期约1-2周。钟鼎生物可根据客户需求提供不同周期的重组抗体表达服务。
抗体表达中如何选择单质粒还是双质粒系统?
抗体由重链和轻链组成,表达方式主要有两种:①单质粒系统——将重链和轻链基因构建在同一个质粒上,转染一次即可,操作简单,但两个基因的表达比例不易精确控制;②双质粒系统——将重链和轻链分别构建在两个质粒上,共转染细胞,可以调整两个质粒的转染比例来优化重链和轻链的配对效率。双质粒系统更适合需要精确控制重链/轻链比例的抗体表达,也是目前重组抗体表达的主流方案。钟鼎生物的重组抗体表达服务采用双质粒共转悬浮细胞体系。
抗体表达上清中检测不到抗体,可能是什么原因?
抗体表达上清中检测不到抗体,可能的原因包括:①质粒问题——质粒序列错误、超螺旋比例低、内毒素污染;②转染效率低——转染试剂与细胞不匹配、细胞状态差;③重链/轻链表达不平衡——某一链表达不足导致完整抗体无法组装;④信号肽问题——信号肽效率低导致抗体无法分泌到胞外;⑤抗体降解——表达上清中蛋白酶活性高,抗体被降解;⑥检测抗体问题——检测用的二抗不识别或灵敏度不足。建议从质粒质量、转染效率、重轻链比例、信号肽、检测体系五个方面逐一排查。
表达失败的排查顺序:① 先查质粒(序列、超螺旋、内毒素)→ ② 再查转染效率(转染试剂、细胞状态)→ ③ 然后查重轻链平衡(双质粒比例)→ ④ 再查信号肽和分泌效率 → ⑤ 最后查检测体系。按顺序排查,避免盲目重复实验。
PART 07常见问题解答(FAQ)
如何提高抗体的稳定性?
提高抗体稳定性的关键措施包括:①优化洗脱条件,可以从高的pH逐渐降低;②纯化的样品要及时中和,甚至一边纯化一边中和;③纯化实验过程中样品低温制备和保存;④添加蛋白保护剂比如甘油、吐温;⑤抗体浓度较高时需要及时稀释,避免高浓度聚沉的风险。
用哺乳体系进行表达,选择293还是CHO?
CHO细胞即中国仓鼠卵巢细胞,是目前表达外源蛋白最多最成功的细胞之一。该细胞属于成纤维细胞,是一种非分泌型细胞,自身很少分泌内源蛋白,因此有利于目的蛋白的纯化分离。CHO细胞是治疗性蛋白生产的主要宿主细胞,原因包括:能在化学成分限定和无血清悬浮培养中稳定生长;基因组信息明确,在人类致病病毒应答方面表现出合理的安全性;能够表达与人相似的翻译后修饰。HEK293细胞是真核蛋白表达常用的细胞之一,优势包括:更快的生长速度、更高的生长密度、转染效率高,表达后修饰更接近人体蛋白的结构,但可能会有潜在的人病毒污染。
CHO和293细胞在抗体表达中各自的典型应用场景是什么?
CHO细胞的典型应用场景:治疗性抗体生产、需要稳定细胞株长期表达的工艺开发、对糖基化模式有特定要求的抗体。293细胞的典型应用场景:瞬时表达快速获得抗体、抗体早期筛选与验证、需要人源糖基化修饰的抗体。实际项目中,很多团队采用两步策略:先用293T瞬时表达快速获得抗体用于早期验证,再用CHO稳定细胞株进行大规模生产。
重组抗体的载体如何选择?
重组抗体表达载体和细胞最好是配套的,比如293T细胞对应PCDNA3.1载体,有EBNA改造的细胞对应有Orip复制起点的载体,还有标准细胞株和标准质粒,例如Thermo的293F对应PCDNA3.4载体等。载体与细胞的配套选择直接影响表达效率和产量。
如何提高重组抗体的产量?
提高重组抗体产量的关键策略包括:①选择高表达系统;②制备无内毒素、高超螺旋质粒;③细胞状态要好;④时间允许可以表达优化;⑤延长表达时间;⑥提高纯化得率。
重组抗体表达中质粒质量为什么重要?
质粒质量对重组抗体表达的影响非常直接:①超螺旋比例——超螺旋比例90%以上是比较理想的真核表达质粒,较低的超螺旋比例会降低表达量近50%以上;②内毒素水平——内毒素会降低转染效率并影响细胞状态;③有无蛋白和核酸污染——污染会干扰转染和表达;④无盐苯酚等试剂残留——残留试剂可能对细胞产生毒性。建议使用无内毒素质粒抽提试剂盒制备质粒,并检测超螺旋比例。
表达的重组抗体是否具有活性?
真核表达系统较原核表达的优势就是活性较好,理论上大部分都是有活性的,但是不同的样品稳定性不一样,需要以实际实验结果为准。
是否能高通量筛选重组抗体?
可以做高通量抗体表达及筛选,利用深孔板震荡仪培养,一次可以做大量的表达,可以通过ELISA效价检测筛选,可以通过微量纯化获得20-50ug抗体。
抗体表达后如何判断是否需要纯化?
抗体表达后是否需要纯化取决于下游用途:①如果用于ELISA、WB等常规检测,表达上清可能可以直接使用,但需要确认背景是否干扰;②如果用于动物实验、功能实验或结构研究,必须进行纯化,去除培养基中的杂蛋白、内毒素等;③如果用于抗体药物开发,还需要进行更严格的质量控制,包括纯度、内毒素、聚集体、电荷异质性等检测。常用的抗体纯化方法包括Protein A/G亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤等。
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