2024 年 10 月 17 日，新鄉醫學院副校長、「太行學者」特聘教授王天雲在科普中國·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背後的故事。
以下為王天雲的演講節選：
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的嚙齒動物。
1919年西班牙流感暴發，大量感染者出現了肺炎癥狀。 為了了解肺炎的型別，醫生需要對患者肺部的細菌進行培養，這就需要小白鼠作為試驗物件。
但由於當時條件有限，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 ，北京協和醫學院的謝恩增（E.T. Hsieh）博士在北京城裏尋找替代動物。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 年解放戰爭進入最後階段，時任北京協和醫學院副院長、中國著名病理學家胡正祥教授贈與了正在中國研究瘧疾的勞勃·布裏格斯·沃森（Dr.Robert Briggs Watson）醫生 20 只中國倉鼠，沃森醫生攜帶著 20 個木箱，共裝載 10 公 10 母北京附近生長的中國倉鼠，穿過紛飛的戰火，歷經千辛萬苦運至美國。
1957 年，美國遺傳學家狄奧多·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，並 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。
圖片來源於王天雲演講PPT
CHO 細胞自分離以來，在生物醫藥領域起到了重要的橋梁作用。
這一細胞具有許多優點，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——我們稱之為轉譯後的修飾功能，以及能夠高密度培養。因此，它成為了基因工程蛋白藥物的主要生產細胞。
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活化劑（t-PA），開啟了利用哺乳動物細胞表達系統生產生物藥的時代。t-PA是一種單鏈糖蛋白，能夠降解纖維蛋白（原）和部份凝血因子，臨床上用於治療急性心肌梗死和急性腦梗死。
從那時起，CHO 細胞的生產技術不斷發展，最初每升的表達量小於 50 毫克，而現在已經能達到每升 10 克，提升了 200 倍。
圖片來源於王天雲演講PPT
目前， 近 70% 的上市重組織蛋白藥物都是由 CHO 細胞生產的 ，包括被稱為「全球藥王」的「阿達木單抗（修美樂）」，用於治療包括類風濕關節炎、強直性脊柱炎等十七種疾病，已連續多年蟬聯銷售冠軍；「黃金救命藥」人血白蛋白（HSA），臨床需求量大，用於血容量不足的緊急治療，創傷、燒傷引起的休克等；被譽為皮膚的「軟黃金」的重組膠原蛋白，在生物醫藥、食品和醫美等領域備受青睞。此外，疫情期間，使用 CHO 細胞生產的重組新型冠狀病毒疫苗（CHO細胞）成為國內第四款獲批緊急使用的新冠病毒疫苗。
圖片來源於王天雲演講PPT
然而，盡管 CHO 細胞源自中國倉鼠，但由於中國的生物醫藥產業發展較晚、早期中國科學技術相對落後，智慧財產權長期被國外技術壟斷，目前國內使用 CHO 細胞系基本是從國外高價購買所得，CHO 細胞系在國外官網售價高達 1.73 萬元，配套產品如 CHO 表達系統試劑盒售價高達 4.15 萬元。
中國CHO細胞產業研發進展
為了突破這一技術壁壘，國內科學家進行了不懈努力。
結合 Pubmed 網站從 1980 年到 2024 年文章發表的情況，可以看出關於 CHO 細胞的研究在 21 世紀伊始就迅猛增長，而在這些關於 CHO 細胞的研究裏面， 我們中國科研工作者的研究占了相當大的一部份。
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 細胞表達系統進行研究。首先，在表達載體方面， 目前我們已經成功研發了一些高效表達載體 ，表達載體表達量高（＞12 g/L），穩定性強，優於同類產品；在細胞系方面，我們也已經有了很好的細胞系，已經在中國的細胞保障物中保藏。
我們還研發出了 無血清的培養基 。常規的細胞培養需要添加牛血清，但是，對於生物藥物生產來說，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，後續的分離和醇化過程也會很棘手。因此，我們的實驗室開發了一種適用於CHO細胞的無血清培養基。
圖片來源於王天雲演講PPT
這種培養基的成分非常復雜，包含大約上百種成分，如胺基酸、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範圍內。否則會產生什麽後果呢？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，那麽 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，胺基酸等營養成分的濃度也需要恰到好處，就像人一樣，如果營養多了，人會發胖，營養少了呢，就會營養不良。
用這些培養基培養出的細胞密度、活性、蛋白表達水平均高於同類企業的同類產品，不僅為解決國內市場培養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明專利。
現在，在研發的道路上我們還有很長的路要走， 我們的目標是：打造一個屬於中國人自己的重組藥物蛋白系統。
策劃制作
作者丨王天雲 新鄉醫學院副校長、「太行學者」特聘教授
責編丨張揚、楊雅萍
審校丨徐來、林林
