2024 年 10 月 17 日，新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院副校長、“太行學(xué)者”特聘教授王天云在科普中國·星空講壇“魅力化學(xué) 無限可能”主題場帶來演講《一個中國細(xì)胞的故事》，為我們講述生物藥物背后的故事。

以下為王天云的演講節(jié)選：

CHO 細(xì)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年西班牙流感暴發(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(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，這就需要小白鼠作為試驗對象。

但由于當(dāng)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(xué)院的謝恩增（E.T. Hsieh）博士在北京城里尋找替代動物。正好當(dāng)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(jié)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(jìn)入最后階段，時任北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院副院長、我國著名病理學(xué)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(xué)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(xì)胞，即中國倉鼠卵巢細(xì)胞，簡稱 CHO 細(xì)胞。

圖片來源于王天云演講PPT

CHO 細(xì)胞自分離以來，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域起到了重要的橋梁作用。這一細(xì)胞具有許多優(yōu)點，例如高安全性、與人體蛋白（從人細(xì)胞分離的蛋白）類似的結(jié)構(gòu)——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(xì)胞。最早使用 CHO 細(xì)胞作為基因工程重組細(xì)胞是在 1987 年。當(dāng)時美國基因泰克公司（Genentech）利用基因工程方法在 CHO 細(xì)胞中表達(dá)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(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)生物藥的時代。

t-PA是一種單鏈糖蛋白，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(xì)胞的生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展，最初每升的表達(dá)量小于 50 毫克，而現(xiàn)在已經(jīng)能達(dá)到每升 10 克，提升了 200 倍。

圖片來源于王天云演講PPT

目前，近 70% 的上市重組蛋白藥物都是由 CHO 細(xì)胞生產(chǎn)的，包括被稱為“全球藥王”的“阿達(dá)木單抗（修美樂）”，用于治療包括類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)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(yù)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(lǐng)域備受青睞。

此外，疫情期間，使用 CHO 細(xì)胞生產(chǎn)的重組新型冠狀病毒疫苗（CHO細(xì)胞）成為國內(nèi)第四款獲批緊急使用的新冠病毒疫苗。

圖片來源于王天云演講PPT

然而，盡管 CHO 細(xì)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(xué)技術(shù)相對落后，知識產(chǎn)權(quán)長期被國外技術(shù)壟斷，目前國內(nèi)使用 CHO 細(xì)胞系基本是從國外高價購買所得，CHO 細(xì)胞系在國外官網(wǎng)售價高達(dá) 1.73 萬元，配套產(chǎn)品如 CHO 表達(dá)系統(tǒng)試劑盒售價高達(dá) 4.15 萬元。

中國CHO細(xì)胞產(chǎn)業(yè)研發(fā)進(jìn)展

為了突破這一技術(shù)壁壘，國內(nèi)科學(xué)家進(jìn)行了不懈努力。結(jié)合 Pubmed 網(wǎng)站從 1980 年到 2024 年文章發(fā)表的情況，可以看出關(guān)于 CHO 細(xì)胞的研究在 21 世紀(jì)伊始就迅猛增長，而在這些關(guān)于 CHO 細(xì)胞的研究里面，我們中國科研工作者的研究占了相當(dāng)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(tuán)隊主要圍繞 CHO 細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行研究。首先，在表達(dá)載體方面，目前我們已經(jīng)成功研發(fā)了一些高效表達(dá)載體，表達(dá)載體表達(dá)量高（＞12 g/L），穩(wěn)定性強(qiáng)，優(yōu)于同類產(chǎn)品；在細(xì)胞系方面，我們也已經(jīng)有了很好的細(xì)胞系，已經(jīng)在中國的細(xì)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(xì)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(fēng)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(xì)胞的無血清培養(yǎng)基。

圖片來源于王天云演講PPT

這種培養(yǎng)基的成分非常復(fù)雜，包含大約上百種成分，如氨基酸、無機(jī)鹽、維生素以及其他添加劑。每種成分的濃度都必須嚴(yán)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(xì)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(xì)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(xì)胞密度、活性、蛋白表達(dá)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(jìn)口問題提供了支持，還獲得了加拿大授權(quán)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(biāo)是：打造一個屬于中國人自己的重組藥物蛋白系統(tǒng)。