無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）正在徹底改變合成生物學(xué)、生物技術(shù)和藥物開發(fā)等關(guān)鍵領(lǐng)域，它通過突破傳統(tǒng)大腸桿菌（E. coli）等細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)的固有局限，實(shí)現(xiàn)了三大he xin優(yōu)勢：更快的生產(chǎn)周期更靈活的合成條件調(diào)控；可表達(dá)毒性蛋白或體內(nèi)難以合成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)蛋白；這使得CFPS成為zhi liao性蛋白開發(fā)、功能基因組學(xué)和高通量蛋白質(zhì)篩選不可或缺的工具。由于擺脫了細(xì)胞代謝的束縛，CFPS可實(shí)時優(yōu)化反應(yīng)條件，從而明顯提升蛋白產(chǎn)量并優(yōu)化生產(chǎn)效率。無細(xì)胞體系的開放性??允許直接添加非天然氨基酸，擴(kuò)展了??體外表達(dá)蛋白??的化學(xué)多樣性。分泌蛋白表達(dá)上調(diào)

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA（如PCR產(chǎn)物）或環(huán)狀質(zhì)粒，需包含啟動子（如T7/T3/SP6）和核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）以啟動轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實(shí)現(xiàn)更高可控性，但成本較高。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建，如利用無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形，結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，為合成生物學(xué)研究提供可控的簡化模型。酵母蛋白表達(dá)使用T7 RNA聚合酶合成加帽mRNA，可提升??真核體外蛋白表達(dá)??效率。

將體外蛋白表達(dá)推向規(guī)?；a(chǎn)需解決三大he xin瓶頸：裂解物制備標(biāo)準(zhǔn)化問題：不同批次細(xì)胞破碎效率差異導(dǎo)致核酸酶/蛋白酶殘留量波動（CV>15%），造成翻譯活性離散度超20%。能量再生持續(xù)性不足：即使采用多酶耦聯(lián)再生系統(tǒng)（如pyruvate kinase,PK-肌激酶級聯(lián)），ATP濃度常在反應(yīng)啟動6小時后衰減至閾值（<1 mM）以下，大幅限制長時程蛋白表達(dá)效率。產(chǎn)物濃度天花板效應(yīng)：受限于核糖體組裝速率（約10個核糖體/分鐘/條mRNA），當(dāng)前比較高產(chǎn)量只達(dá)5-8 g/L，較CHO細(xì)胞灌注培養(yǎng)系統(tǒng)（>10 g/L）仍有明顯差距。為突破這些限制，前沿策略聚焦于 工程化裂解物開發(fā)—通過CRISPR敲除宿主核酸酶基因（如RNase E）并將關(guān)鍵翻譯因子過表達(dá)100倍以上，使體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的批間穩(wěn)定性提升至CV<5%，ATP維持時間延長至24小時以上，明顯提升了工業(yè)轉(zhuǎn)化潛力。

20世紀(jì)90年代后，隨著分子生物學(xué)和合成生物學(xué)的進(jìn)步，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)技術(shù)迎來突破。研究者通過優(yōu)化裂解物制備（如敲除大腸桿菌核酸酶）、開發(fā)能量再生系統(tǒng)（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循環(huán)），明顯提升蛋白產(chǎn)量和反應(yīng)時長。2000年代初，連續(xù)交換式反應(yīng)體系（CECF）的出現(xiàn)解決了底物耗盡問題，使反應(yīng)時間延長至24小時以上，產(chǎn)量達(dá)毫克級，為工業(yè)化鋪平道路。此階段，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用于毒性蛋白合成和抗體片段生產(chǎn)，但成本仍較高。添加硒代甲硫氨酸的體外蛋白表達(dá)實(shí)驗(yàn)??，直接獲得 X 射線晶體學(xué)級硒標(biāo)記蛋白。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的hexin在于重構(gòu)細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中的核糖體翻譯機(jī)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(zhǔn)確運(yùn)送氨酰tRNA至A位點(diǎn)，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(dá)的高效率源于反應(yīng)底物濃度的可調(diào)控性—在去除了細(xì)胞膜屏障的無細(xì)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(dá)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(biāo)產(chǎn)物的積累效率。小麥胚芽裂解物??則憑借??低核酸酶活性??成為長期反應(yīng)（>24小時）的理想選擇。常用蛋白表達(dá)的優(yōu)勢

大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產(chǎn)量，但缺乏糖基化修飾能力。分泌蛋白表達(dá)上調(diào)

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續(xù)交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎(chǔ)的形式，反應(yīng)在單一試管中進(jìn)行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達(dá)時間通常只4小時，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應(yīng)液與緩沖液分層，延長反應(yīng)時間至8-20小時，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設(shè)計(jì)。連續(xù)交換式（CECF）通過半透膜連接反應(yīng)室與供應(yīng)室，持續(xù)補(bǔ)充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應(yīng)延長至24小時，產(chǎn)量明顯提高（如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）分泌蛋白表達(dá)上調(diào)