昆虫细胞的N-糖工程以合成三枝N-糖

为什么蛋白上微小的糖分枝很重要

许多现代药物是复杂的蛋白质，它们需要合适的“糖衣”才能正常发挥作用并在体内停留足够长的时间以产生疗效。廉价的昆虫细胞已被用作制造这些蛋白的小型工厂，但它们天然添加的糖与人类不同。本研究探讨如何改造昆虫细胞，使其能构建更类似于人类的高度分枝糖结构，从而可能使昆虫产的药物更安全、更具可用性。

将昆虫细胞工厂变成更有用的帮手

制药企业青睐昆虫细胞，因为它们生长快、较易处理，且能以某些类似人类细胞的方式在蛋白上附加糖。然而，昆虫细胞通常添加较为简单的糖链，这可能缩短药物在血液中的半衰期，甚至引发不期望的免疫反应。在人类中，许多治疗性蛋白带有更复杂的三分枝糖链，这有助于控制机体如何识别、清除和响应这些蛋白。研究者旨在教会昆虫细胞构建这些三分枝结构，目标是缩小低成本昆虫生产与人类细胞所实现的精细“糖调控”之间的差距。

在昆虫中寻找缺失的工具

在蛋白上构建三分枝糖链需要一种关键酶，在特定步骤添加额外的糖分枝。团队首先在蚕基因组中寻找，发现了一个类似人类负责该功能的候选酶。他们在培养的昆虫细胞中表达该蚕酶并测试了许多反应条件，但它始终无法添加额外的分枝。这表明尽管蚕携带一个外观相似的基因，但在所测试条件下其产物并未执行所需的化学步骤。

借用人源酶并增强其协同酶

由于蚕的酶不起作用，科学家将人类的分枝酶引入昆虫细胞。该人源酶具有活性，能够生成少量目标三分枝糖，证明基本的细胞机制可以支持这一步骤。但产量非常低。团队推测细胞需要更多早期“构建”酶来为最终分枝准备糖链。于是他们过表达了两种蚕的早期加分枝酶，单独或与人源酶联合表达。当三种酶同时存在时，昆虫细胞产生了更多的三分枝糖链，表明需要多步的协同增强才能达到较高产量。

与不受欢迎的糖修剪作斗争

当一些酶在构建额外分枝时，细胞内的其他酶却在悄悄切除它们。研究者发现，昆虫细胞中的天然“修剪”酶会切掉某些糖单元，将复杂的链转回较简单的形式。对纯化糖链和细胞提取物的实验显示，这些修剪酶很容易攻击中间的双分枝结构，但对完全形成的三分枝链的效果较弱。这意味着要获得高水平的目标糖，仅仅添加新的构建酶还不够；同时需要降低或去除那些会撤销其工作的修剪酶。

这对未来药物意味着什么

总体而言，研究表明昆虫细胞可以被重新设计以在蛋白上构建更类似于人类的三分枝糖衣，但前提是满足若干条件。必须提供合适组合的外源酶以分步建立分枝，而细胞自身的修剪酶可能需要被抑制或敲除。这些见解为将昆虫细胞乃至活体蚕转变为更优的治疗性蛋白生产平台提供了路线图，使其糖型更接近人类药物的模式。

引用: Kajiura, H., Nishiguchi, N., Sawada-Choi, R.L.S. et al. N-Glycoengineering of insect cells for tri-antennary N-glycan biosynthesis. Sci Rep 16, 15012 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41152-8

关键词: 昆虫细胞表达, 蛋白质糖基化, N-糖工程, 生物药生产, 蚕生物技术