2024 年 10 月 17 日，新鄉醫學院副校長、“太行學者”特聘教授王天云在科普中國·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后的故事。

以下為王天云的演講節選：

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。為了了解肺炎的類型，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對象。

但由于當時條件有限，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）博士在北京城里尋找替代動物。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 年解放戰爭進入最后階段，時任北京協和醫學院副院長、我國著名病理學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胞，即中國倉鼠卵巢細胞，簡稱 CHO 細胞。

圖片來源于王天云演講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——我們稱之為翻譯后的修飾功能，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激活劑（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 細胞的生產技術不斷發展，最初每升的表達量小于 50 毫克，而現在已經能達到每升 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 細胞生產的，包括被稱為“全球藥王”的“阿達木單抗（修美樂）”，用于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，用于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。

圖片來源于王天云演講PPT

然而，盡管 CHO 細胞源自中國倉鼠，但由于我國的生物醫藥產業發展較晚、早期我國科學技術相對落后，知識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，可以看出關于 CHO 細胞的研究在 21 世紀伊始就迅猛增長，而在這些關于 CHO 細胞的研究里面，我們中國科研工作者的研究占了相當大的一部分。

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，優于同類產品；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，對于生物藥物生產來說，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，后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于CHO細胞的無血清培養基。

圖片來源于王天云演講PPT

這種培養基的成分非常復雜，包含大約上百種成分，如氨基酸、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范圍內。否則會產生什么后果呢？

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，氨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、蛋白表達水平均高于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：打造一個屬于中國人自己的重組藥物蛋白系統。