杆状病毒表达系统为何成为蛋白表达首选
在现代生命科学、疫苗开发、生物医药以及结构生物学等领域，获取足够量、正确折叠、具有生物活性并带有适当后翻译修饰（post-translational modifications, PTMs）的蛋白，是许多研究和应用的基础。重组蛋白表达系统有很多种选择：大肠杆菌、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞等。其中昆虫蛋白表达系统，尤其是以杆状病毒蛋白表达系统（baculovirus expression vector system，简称 BEVS）为代表的表达平台，因其在重组蛋白表达中的多项优势，成为很多科研机构与产业界的首选。
昆虫蛋白表达与杆状病毒蛋白表达系统
昆虫蛋白表达指在昆虫细胞系中表达外源基因使其翻译为蛋白质的过程。昆虫细胞源于鳞翅目或双翅目等昆虫类群，它们的细胞培养比哺乳动物细胞条件简单、成本较低，但仍能进行真核生物所需的复杂后翻译修饰，如部分糖基化、蛋白折叠、分泌、磷酸化等。
杆状病毒蛋白表达系统（BEVS）是一种利用昆虫杆状病毒（baculovirus）作为表达载体，将目的基因插入病毒基因组中，用该重组病毒感染昆虫细胞，从而驱动目标蛋白高水平表达的系统。昆虫细胞如 Sf9、Sf21 或 High Five (BTI-Tn-5B1-4) 等常被用作宿主细胞系。
杆状病毒表达系统的主要优势
1. 高表达量
BEVS 能在昆虫细胞中驱动非常高的蛋白表达。这得益于强启动子（如 polh 或 p10）在病毒生命周期的晚期阶段被高度激活，从而产生非常大量的 mRNA。
2. 真核蛋白的正确折叠与后翻译修饰
与微生物表达系统相比（如大肠杆菌），昆虫细胞具有复杂的内质网／高尔基体系统，能进行真核蛋白折叠、二硫键的形成、某些类型的糖基化、磷酸化等。部分蛋白在没有这些修饰时活性或稳定性会大幅下降。文献中也报告了通过基因工程改造昆虫细胞，使其近似哺乳动物糖基化类型（humanized glycosylation），进一步提升重组蛋白（尤其是糖蛋白）在功能和免疫原性方面的质量。
3. 可规模放大与成本控制
- 昆虫细胞通常在 27-28°C 的温度下培养，不需要 CO₂这样的特殊条件，操作和培养条件比哺乳动物细胞简单。
- 培养基可采用无血清（serum-free）配方，减少变异、简化下游纯化。
- BEVS 可在悬浮培养中进行大规模生产。病毒感染后细胞内部蛋白表达高峰明显，以及表达周期短（从构建重组病毒到蛋白收获所需时间比某些哺乳动物稳定表达系统短）。
4. 安全性好
- 杆状病毒的宿主范围狭窄，一般只感染昆虫，对哺乳动物（包括人类）安全，没有致病性。对于生产人用蛋白药物或疫苗，这一点非常重要。
- 与某些哺乳动物细胞表达系统相比，在病毒病原控制方面压力小一些。虽然昆虫细胞本身可能存在某些昆虫病毒或隐形污染物（adventitious viruses），但这些一般不对人类健康构成直接危害，且可以通过筛查/纯化步骤加以控制。
5. 表达多样性强，适用复杂蛋白及蛋白复合体
BEVS 能表达分泌蛋白、膜蛋白、多亚基蛋白复合体、病毒样颗粒（VLPs）等复杂结构的蛋白。文献中很多疫苗候选或结构生物学研究都采用 BEVS 来表达病毒外壳蛋白、膜蛋白或病毒样颗粒。比如用于 SARS-CoV-2 病毒样颗粒（VLP）的生产、疫苗中采用昆虫细胞 + 杆状病毒表达系统。
杆状病毒蛋白表达系统的最新进展与实验案例
- 最新的改良和优化
细胞系工程：改造昆虫细胞以延长存活期、抑制细胞凋亡，从而在病毒感染后保持更长时间的表达活跃期。比如表达抗凋亡基因（如 P35）或 vankyrin 蛋白，或者通过敲低 pro-apoptotic caspase 等基因来减少细胞死亡，从而提高总体的蛋白产量。
糖基化人性化（Glycoengineering）：工程昆虫细胞或工程病毒载体，以接近哺乳动物类型的 N-糖型结构，减少致免疫性的不良糖基化，增强蛋白药物或疫苗的质量与功效。
自动化、规模化和过程简化：例如 BEVS 的 Bac-to-Bac 系统、优化的病毒滴度测定、改进的培养条件等，使得重组病毒构建、表达、收获等步骤时间缩短、操作更可靠。
- 实验案例
疫苗：Nuvaxovid / Covovax（SARS-CoV-2 亚单位疫苗）是一个已上市或正在审批中的案例，该疫苗中有部分成分通过昆虫细胞 + 杆状病毒表达系统生产。文献中指出，BEVS 在疫苗应用中的角色在最近几年更加突出。
HPV 疫苗、流感疫苗（如 Flublok）等，也已有多个疫苗采用昆虫细胞 / 杆状病毒系统表达外壳蛋白或 HA 等抗原。
杆状病毒蛋白表达系统成为重组蛋白表达中的首选，主要是因为它在真实性、复杂性与产量之间提供了非常优良的平衡。它比细菌等简单系统在折叠与后翻译修饰方面更接近哺乳动物系统，但成本比哺乳动物系统低，操作更简单；灵活性强，可表达难以在其他系统中成功表达的蛋白，包括膜蛋白、多亚基复合体、病毒样颗粒等。在疫苗、生物制剂、结构生物学和功能研究中的成功案例也非常多。
对于科研或产业界正在选择蛋白表达系统的人来说，如果目标蛋白要求真核折叠、有功能的 PTMs、表达复杂、多亚基或者要用于疫苗或人体用途，那么杆状病毒蛋白表达系统几乎是当前最优的选择之一。