百年傳奇！一只中國小倉鼠，是如何影響全球生物醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展的？

2024 年 10 月 17 日，新鄉(xiāng)醫(yī)學院副校長、“太行學者”特聘教授在科普中國·星空講壇“魅力化學無限可能”主題場帶來演講《一個中國細胞的故事》，為我們講述生物藥物的故事。

以下為王天云的演講節(jié)選：

PART1 CHO 細胞的起源與重要意義

中國倉鼠，一種生活在中國的北部和蒙古地區(qū)的嚙齒動物。

1919年西班牙流感爆發(fā)，大量感染者出現(xiàn)了肺炎癥狀。為了了解肺炎的類型，醫(yī)生需要對患者肺部的細菌進行培養(yǎng)，這就需要小白鼠作為試驗對象。

但由于當時條件有限，試驗小白鼠不僅少見而且價格昂貴，為了尋找小白鼠的替代品，北京協(xié)和醫(yī)學院的謝恩增（E.T. Hsieh）博士在北京城里尋找替代動物。正好當時北京周圍的中國倉鼠眾多，謝恩增便到北京郊外抓了一些中國倉鼠做動物模型，結果大獲成功。

漸漸地，越來越多的人知道了中國倉鼠對生物研究的價值。1948年解放戰(zhàn)爭進入最后階段，時任北京協(xié)和醫(yī)學院副院長、我國著名病理學家胡正祥教授贈與了正在中國研究瘧疾的羅伯特·布里格斯·沃森（Dr.Robert Briggs Watson）醫(yī)生20只中國倉鼠，沃森醫(yī)生攜帶著20個木箱，共裝載10公10母北京附近生長的中國倉鼠，穿過紛飛的戰(zhàn)火，歷經(jīng)千辛萬苦運至美國。

1957年，美國遺傳學家西奧多·帕克（Theodore Puck）從波士頓癌癥研究基金會實驗室得到一只雌性中國倉鼠，并從這只倉鼠的卵巢中分離出了一種細胞，即中國倉鼠卵巢細胞，簡稱CHO細胞。

CHO細胞自分離以來，在生物醫(yī)藥領域起到了重要的橋梁作用。

這一細胞具有許多優(yōu)點，例如高安全性、與人體蛋白（從人細胞分離的蛋白）類似的結構——我們稱之為翻譯后的修飾功能，以及能夠高密度培養(yǎng)。因此，它成為了基因工程蛋白藥物的主要生產(chǎn)細胞。

最早使用CHO細胞作為基因工程重組細胞是在1987年。當時美國基因泰克公司（Genentech）利用基因工程方法在CHO細胞中表達了一種組織型纖溶酶原激活劑（t-PA），開啟了利用哺乳動物細胞表達系統(tǒng)生產(chǎn)生物藥的時代。t-PA一種單鏈糖蛋白，能夠降解纖維蛋白（原）和部分凝血因子，臨床上用于治療急性心肌梗死和急性腦梗死。

從那時起，CHO細胞的生產(chǎn)技術不斷發(fā)展，最初每升的表達量小于50毫克，而現(xiàn)在已經(jīng)能達到每升10克，提升了200倍。

目前，近70%的上市重組蛋白藥物都是由CHO細胞生產(chǎn)的，包括被稱為全球藥王的“阿達木單抗（修美樂）”，用于治療包括類風濕關節(jié)炎、強直性脊柱炎等十七種疾病，已連續(xù)多年蟬聯(lián)銷售冠軍；“黃金救命藥”人血白蛋白（HSA），臨床需求量大，用于血容量不足的緊急治療，創(chuàng)傷、燒傷引起的休克等；被譽為皮膚的“軟黃金”的重組膠原蛋白，在生物醫(yī)藥、食品和醫(yī)美等領域備受青睞。此外，疫情期間，使用CHO細胞生產(chǎn)的重組新型冠狀病毒疫苗（CHO細胞）成為國內(nèi)第四款獲批緊急使用的新冠病毒疫苗。

然而，盡管CHO細胞源自中國倉鼠，但由于我國的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚、早期我國科學技術相對落后，知識產(chǎn)權長期被國外技術壟斷，目前國內(nèi)使用CHO細胞系基本是從國外高價購買所得，CHO細胞系在國外官網(wǎng)售價高達1.73萬元，配套產(chǎn)品如CHO表達系統(tǒng)試劑盒售價高達4.15萬元。

PART2 中國CHO 細胞產(chǎn)業(yè)的進展

為了突破這一技術壁壘，國內(nèi)科學家進行了不懈努力。

結合Pubmed網(wǎng)站從1980年到2024年文章發(fā)表的情況，可以看出關于CHO細胞的研究在21世紀伊始就迅猛增長，而在這些關于CHO細胞的研究里面，我們中國科研工作者的研究占了相當大的一部分。

下面分享一下我們實驗室的一些成果。

我們的實驗室團隊主要圍繞CHO細胞表達系統(tǒng)進行研究。首先，在表達載體方面，目前我們已經(jīng)成功研發(fā)了一些高效表達載體, 表達載體表達量高（＞12 g/L），穩(wěn)定性強，優(yōu)于同類產(chǎn)品；在細胞系方面，我們也已經(jīng)有了很好的細胞系，已經(jīng)在中國的細胞保障物中保藏。

我們還研發(fā)出了無血清的培養(yǎng)基。常規(guī)的細胞培養(yǎng)需要添加牛血清，但是，對于生物藥物生產(chǎn)來說，這是不允許的，因為牛血清可能帶來潛在風險，而且其中含有大量蛋白質(zhì)，后續(xù)的分離和醇化過程也會很棘手。因此，我們的實驗室開發(fā)了一種適用于CHO細胞的無血清培養(yǎng)基。這種培養(yǎng)基的成分非常復雜，包含大約上百種成分，如氨基酸、無機鹽、維生素以及其他添加劑。每種成分的濃度都必須嚴格控制在一個特定范圍內(nèi)。否則會產(chǎn)生什么后果呢？舉個例子，就像新鮮的黃瓜在鹽水中會變蔫，而在清水中會膨脹，這是因為滲透壓的問題。我們的培養(yǎng)基也面臨同樣的問題：如果某一種成分的濃度過高，比如鹽分，那么CHO細胞可能會因為滲透壓過高而萎縮，生長不良；反之，如果濃度過低，也會影響細胞的生長。此外，氨基酸等營養(yǎng)成分的濃度也需要恰到好處，就像人一樣，如果營養(yǎng)多了，人會發(fā)胖，營養(yǎng)少了呢，就會營養(yǎng)不良。

用這些培養(yǎng)基培養(yǎng)出的細胞密度、活性、蛋白表達水平均高于同類企業(yè)的同類產(chǎn)品，不僅為解決國內(nèi)市場培養(yǎng)基依賴進口問題提供了支持，還獲得了加拿大授權的國際發(fā)明專利。

現(xiàn)在，在研發(fā)的道路上我們還有很長的路要走，我們的目標是：打造一個屬于中國人自己的重組藥物蛋白系統(tǒng)。