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为什么 90% 膜蛋白项目卡在表达？深挖失败真相，提供更高效解决方案
发布时间：
2026-07-03
在蛋白表达研究中，膜蛋白始终是一个具有代表性的“高失败率”对象。尽管表达载体优化、密码子优化以及宿主系统筛选等策略已经高度成熟，但在实际项目推进中，膜蛋白依然频繁停留在“无法获得稳定表达产物”的阶段。
这一现象并非偶然。与可溶性蛋白不同，膜蛋白的结构特征决定了其对表达环境具有更强的依赖性。其跨膜区域通常由连续的疏水α螺旋构成，这类结构在细胞质环境中极易发生非特异性聚集；同时，膜蛋白的正确折叠往往依赖于脂质双层的存在，一旦插膜过程受阻，蛋白结构与功能均难以维持。此外，部分膜蛋白（如离子通道或转运相关蛋白）还可能对宿主细胞产生扰动，从而触发表达抑制甚至细胞毒性反应。
因此，在传统细胞表达体系中，膜蛋白表达实际上面临一个结构性矛盾：一方面需要高效表达目标蛋白，另一方面又必须维持细胞自身的生存与稳态。这种矛盾使得表达过程在很大程度上不可控，也解释了为何大量膜蛋白项目需要通过反复试错才能获得有限结果。
在这一背景下，无细胞蛋白合成系统（Cell-Free Protein Synthesis, CFPS）逐渐被重新审视。其核心特点在于将蛋白表达过程从“细胞内”转移至“体外”，从而避免了细胞生理状态对表达过程的限制。更重要的是，CFPS体系允许研究者对反应环境进行直接调控，这一点对于膜蛋白尤为关键。苏州珀罗汀生物搭建的无细胞蛋白表达平台在膜蛋白表达方面成功率超过90%。
具体而言，在无细胞体系中，可以通过引入去垢剂或纳米盘（nanodisc）等膜模拟结构，为新生肽链提供类膜环境，从而在翻译过程中促进其正确折叠与插入。这种“表达—折叠—嵌膜”同步发生的模式，在一定程度上弥补了传统体系中膜环境不可控的问题。相比之下，细胞系统中的膜插入过程高度依赖内源机制，其效率与适配性往往难以针对特定目标蛋白进行优化。
另一方面，由于不涉及细胞存活问题，CFPS在面对潜在毒性膜蛋白时具有更高的容忍度。这使得一些在细胞体系中难以获得的蛋白类型（如多跨膜蛋白或功能性受体）能够被更直接地表达出来，并用于后续结构或功能分析。此外，体外体系的开放性还使得离子环境、辅因子以及反应条件的调节成为可能，从而为膜蛋白折叠路径提供更多干预空间。
需要强调的是，CFPS并非简单替代传统表达系统，而是在特定类型蛋白（尤其是膜蛋白）研究中提供了一种更具可控性的技术路径。在实际应用中，其价值往往体现在降低失败成本与提高问题可解析性上，而不仅仅是表达量的提升。
在当前的膜蛋白研究与开发过程中，表达体系的选择正逐渐从“经验优化”转向“机制匹配”。以无细胞体系为基础，通过去垢剂或纳米盘构建适配的膜环境，使目标蛋白在更接近其天然状态的条件下完成表达与折叠，这一思路正在被越来越多研究所采用。
从这一角度看，膜蛋白表达的难点，或许并不完全在于技术细节，而在于表达体系是否真正符合其结构与功能需求。当研究对象发生变化时，表达策略本身也需要随之调整。
珀罗汀生物（PLD Technology）是一家专业的无细胞蛋白表达生物技术公司。公司拥有国家高层次领军人才、海归博士等人才组成的专业技术团队，以自主研发、独具特色的无细胞蛋白表达技术平台为依托，专业从事多肽、重组蛋白、基因工程抗体、重组疫苗以及大分子蛋白药物的研究和开发，同时为广大生物医药企业和研究机构提供无细胞蛋白表达产品、蛋白原料试剂及定制化服务。
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