當研究凋亡相關(guān)蛋白（如 caspase-3）或細菌du su（如白喉du su A 鏈）時，傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng)常因蛋白毒性導(dǎo)致宿主死亡。體外蛋白表達技術(shù)通過無細胞環(huán)境規(guī)避了這一限制：在兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中添加目標基因 mRNA，4 小時內(nèi)即可獲得功能性毒性蛋白，且產(chǎn)率高達 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團隊利用此技術(shù)成功表達出全長 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實其在線粒體膜穿孔中的構(gòu)象變化。該方案不只避免了細胞毒性問題，還通過 實時熒光監(jiān)測（如 FITC 標記）量化了蛋白折疊效率，為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，裂解物中的??內(nèi)源性RNA聚合酶??即可轉(zhuǎn)錄mRNA。高通量蛋白表達的優(yōu)勢

體外蛋白表達系統(tǒng)的hexin在于重構(gòu)細胞質(zhì)環(huán)境中的核糖體翻譯機器。該過程起始于mRNA5'端與核糖體小亞基的結(jié)合，由起始因子（如原核IF1/2/3或真核eIF4F復(fù)合物）介導(dǎo)形成翻譯起始復(fù)合物。肽鏈延伸階段依賴延伸因子EF-Tu準確運送氨酰tRNA至A位點，并通過其GTP水解活性確保密碼子-反密碼子配對的保真度。體外蛋白表達的高效率源于反應(yīng)底物濃度的可調(diào)控性—在去除了細胞膜屏障的無細胞環(huán)境中，ATP濃度可提升至生理水平的5-8倍（4-6mM），使核糖體延伸速率高達21個氨基酸/秒。同時，磷酸肌酸（PCr）-肌酸激酶（CK）組成的能量再生系統(tǒng)持續(xù)將ADP還原為ATP，維持反應(yīng)體系48小時以上的持續(xù)活性，大幅提升了目標產(chǎn)物的積累效率。融合蛋白表達載體構(gòu)建體外蛋白表達憑借其速度與靈活性的雙重優(yōu)勢，在基礎(chǔ)研究、藥物開發(fā)和即時診斷領(lǐng)域持續(xù)釋放價值。

體外蛋白表達系統(tǒng)的明顯缺陷在于 缺乏真核細胞器結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致關(guān)鍵翻譯后修飾難以實現(xiàn)：糖基化不完整性： 裂解物中缺乏高爾基體轉(zhuǎn)運機制，只能生成高甘露糖型等簡單糖鏈，無法合成復(fù)雜雙觸角N-糖；磷酸化/乙酰化失衡： 激酶/磷酸酶網(wǎng)絡(luò)不完整，使信號通路蛋白的修飾狀態(tài)與生理條件差異明顯；二硫鍵錯配風(fēng)險： 氧化還原環(huán)境調(diào)控不足導(dǎo)致多二硫鍵蛋白錯誤折疊率升高。這些局限使體外蛋白表達在 zhi liao性抗體等需精確修飾的蛋白生產(chǎn)中應(yīng)用受限。

體外蛋白表達（InVitroProteinExpression）是指在無完整活細胞的環(huán)境下（如試管、微孔板或芯片），利用生物提取物中的核糖體、tRNA、酶及能量系統(tǒng)，直接將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能蛋白質(zhì)的技術(shù)。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術(shù)完全避開了細胞膜屏障和基因復(fù)制過程，只通過添加目標DNA/RNA模板及底物（氨基酸、ATP）即可啟動蛋白表達。這一過程通常可在1-4小時內(nèi)完成，其速度優(yōu)勢大幅加速了蛋白質(zhì)研究進程。無細胞蛋白表達系統(tǒng)的重點在于重構(gòu)翻譯機器，例如提取大腸桿菌裂解物中的核糖體，或利用兔網(wǎng)織紅細胞裂解物中的真核翻譯因子，以實現(xiàn)跨物種的高效蛋白表達。使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA，可提升??真核體外蛋白表達??效率。

相較于傳統(tǒng)細胞表達系統(tǒng)，體外蛋白表達的he xin優(yōu)勢在于：時間效率ge min性提升： 省略細胞培養(yǎng)與基因整合步驟，目標蛋白可在2-8小時內(nèi)合成；開放體系可編程性： 直接添加非天然氨基酸、同位素標記底物或熒光基團，實現(xiàn)對產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)的準確調(diào)控；毒性蛋白表達可行性： 無細胞環(huán)境避免毒性蛋白導(dǎo)致的宿主死亡，為凋亡因子等特殊分子研究提供可能；微型化兼容性： 反應(yīng)體積可縮小至納升級，適配高通量篩選需求。這些特性使體外蛋白表達成為 功能蛋白快速驗證的推薦平臺，尤其在需平行測試多突變體的場景中具明顯優(yōu)勢。體外蛋白表達需使用??不含質(zhì)粒骨架的模板??以避免副反應(yīng)。大腸桿菌重組蛋白表達的優(yōu)勢

優(yōu)化后的??原核體外蛋白表達??已廣泛應(yīng)用于抗體篩選、酶工程等領(lǐng)域。高通量蛋白表達的優(yōu)勢

無細胞蛋白表達技術(shù)（CFPS）的雛形可追溯至20世紀50年代。1958年，Zamecnik頭次證明細胞裂解物中的翻譯機器可在體外合成蛋白質(zhì)，為技術(shù)奠定基礎(chǔ)。1961年，Nirenberg和Matthaei利用大腸桿菌裂解物破譯遺傳密碼子，推動了分子生物學(xué)的發(fā)展。然而，早期技術(shù)因表達量低、穩(wěn)定性差，長期局限于實驗室研究，主要用于密碼子解析和翻譯機制探索，未實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。近十年，無細胞蛋白表達技術(shù)技術(shù)加速向醫(yī)療、合成生物學(xué)等領(lǐng)域滲透。例如，在COVID-19期間，該技術(shù)被用于快速生產(chǎn)疫苗抗原和抗體。同時，AI算法的引入實現(xiàn)了反應(yīng)條件智能預(yù)測，進一步優(yōu)化表達效率。中國企業(yè)如蘇州珀羅汀生物通過自主研發(fā)試劑盒，推動國產(chǎn)化替代。未來，無細胞蛋白表達技術(shù)或與代謝工程、微流控技術(shù)結(jié)合，成為生物制造和準確醫(yī)療的he xin工具。高通量蛋白表達的優(yōu)勢