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肿瘤坏死因子(TNF α)的生物学功能主要是通过其相应的细胞膜受体TNFR1和TNFR2介导的。经蛋白酶水解,TNFR的胞外部分脱落下来形成可溶性肿瘤坏死因子受体sTNFR1和sTNFR2,它们对TNF α的生物学效应起着重要的调节作用。在多种疾病状态下,释放的sTNFR能与膜受体竞争结合过量的TNFα,中和TNF α诱导的细胞毒性和免疫反应,从而起到保护细胞的作用。因而sTNFR可应用于治疗肿瘤、自身免疫、移植排斥等产生过量TNF α的疾病。但天然状态下的sTNFR单体与TNF α的亲和力低、半衰期短、效力弱,这极大地限制了sTNFR在临床治疗上的应用。
为寻找更适合于临床治疗的长效sTNFR药物,美国Immunex公司和Wyeth-Ayerst合作开发了sTNFR2与人IgG分子Fc片段的融合蛋白,使sTNFR2在体内的半衰期延长了5~8倍,其中和TNF α的活性也大大提高,成为目前治疗风湿性关节炎最为有效的蛋白药物。但是由于:IgG Fc片段可能保留有一定的免疫原性,使得融合蛋白本身可能成为新的抗原刺激机体产生抗体,产生毒副作用。为了尝试开发更为稳定而安全的sTNFR2蛋白药物,本研究采用了人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)融合技术,在sTNFR2蛋白N端引入了分子量大、结构稳定、半衰期长的全长HSA,以柔性短肽(G4S1)2作为连接肽,构建获得了HSA-GS-sTNFR2融合蛋白,研究了该融合蛋白在毕赤酵母中的表达,纯化以及中和TNF α的活性。
HSA在毕赤酵母中的表达一直存在蛋白降解的问题,直接影响了HSA融合蛋白的稳定性和融合蛋白的产量。因此,我们首先采用遗传重组的方法,中断了毕赤酵母GS115中的蛋白酶基因yps1,获得了蛋白酶突变型菌株GS115/yps1,有效地减少了HSA的降解,降解片段由原先的40%降低到10%左右。
其次,以GS115/yps1作为HSA-GS-sTNFR2融合蛋白的表达宿主菌,通过高拷贝筛选,获得了高效分泌表达HSA-GS-sTNFR2融合蛋白的毕赤酵母工程菌株;同时分析比较了融合蛋白HSA-GS-sTNFR2在GS115和GS115/yps1宿主菌中表达的稳定性。
在融合蛋白HSA-GS-sTNFR2的纯化研究中,我们建立了快速简洁、易于放大的实验室纯化工艺,经过阳离子交换柱层析和凝胶层析相结合的纯化流程,融合蛋白HSA-GS-sTNFR2的纯度达到90%。该纯化的融合蛋白在L929细胞活性检测中表现出了中和TNF α的活性。
本课题研究了融合蛋白HSA-GS-STNFR2的表达、纯化及其活性,构建了适合HSA融合蛋白稳定高效分泌表达的酵母表达平台,为HSA的长效融合蛋白药物的开发奠定了基础。