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。與傳統(tǒng)細胞依賴的系統(tǒng)不同，該技術完全避開了細胞膜屏障和基因復制過程，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?？稍?-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。例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內(nèi)。內(nèi)源蛋白表達修飾

無細胞蛋白表達技術CFPS的開放體系特性使其對實驗環(huán)境極為敏感。裂解物中的酶活性會隨凍融次數(shù)下降，需分裝保存并避免反復凍融；反應中核酸酶殘留可能導致模板降解，常需額外添加抑制劑（如RNasin）。此外，不同批次的裂解物活性可能存在差異，導致實驗結果難以重復。例如，某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實驗中蛋白產(chǎn)量波動達30%，后來通過標準化裂解物制備流程（如固定細胞生長OD值）才解決該問題。這些細節(jié)要求使得CFPS的操作容錯率較低。誘導蛋白表達濃度用微流控技術整合裂解物分配\DNA模板加載及反應監(jiān)測模塊可在??單張芯片上并行執(zhí)行千次蛋白表達反應??.

無細胞蛋白表達技術（CFPS）正在徹底改變合成生物學、生物技術和藥物開發(fā)等關鍵領域，它通過突破傳統(tǒng)大腸桿菌（E. coli）等細胞表達系統(tǒng)的固有局限，實現(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；可表達毒性蛋白或體內(nèi)難以合成的復雜結構蛋白；這使得CFPS成為zhi liao性蛋白開發(fā)、功能基因組學和高通量蛋白質(zhì)篩選不可或缺的工具。由于擺脫了細胞代謝的束縛，CFPS可實時優(yōu)化反應條件，從而明顯提升蛋白產(chǎn)量并優(yōu)化生產(chǎn)效率。

國內(nèi)生物醫(yī)藥行業(yè)對CFPS的價值認知不足，傳統(tǒng)企業(yè)更依賴成熟的細胞表達系統(tǒng)（如CHO、大腸桿菌）。許多藥企認為無細胞蛋白表達技術只適用于“科研級小試”，對其在藥物開發(fā)（如ADC定點偶聯(lián)）、mRNA疫苗抗原快速制備等工業(yè)化潛力持觀望態(tài)度。同時，無細胞蛋白表達技術在復雜蛋白表達（如糖基化抗體）上的局限性也削弱了市場信心。相比之下，歐美已形成“CRO+藥企”的協(xié)同生態(tài)（如Moderna與CFPS服務商合作），而國內(nèi)缺乏此類模范案例，導致技術推廣缺乏驅(qū)動力。隨著工程化裂解物與自動化設備的進步，體外蛋白表達技術將成為生命科學工具箱中的常備利器。

無細胞蛋白表達技術（CFPS）雖然具有快速、靈活等優(yōu)勢，但仍存在一些關鍵缺點。首先，成本較高，商業(yè)化裂解物、能量試劑和酶的價格昂貴，小規(guī)模實驗單次反應成本可達數(shù)百元，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟性尚未完全解決。其次，蛋白產(chǎn)量較低，反應通常在幾小時內(nèi)終止，產(chǎn)量（0.1-1 mg/mL）遠低于細胞表達系統(tǒng)（如大腸桿菌可達10 mg/mL以上）。此外，復雜蛋白表達受限，原核裂解物缺乏真核翻譯后修飾能力（如糖基化），而真核裂解物成本更高；部分蛋白可能因折疊不完全而喪失活性。技術操作上，反應條件（pH、離子強度等）需精細調(diào)控，且線性DNA模板易降解，增加了實驗難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應用，在超長蛋白（>100 kDa）表達和工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來需通過開發(fā)低成本試劑、優(yōu)化能量再生系統(tǒng)和自動化工藝來突破這些瓶頸。當體外蛋白表達效率不足時，需檢測模板完整性并優(yōu)化啟動子強度。大規(guī)模蛋白表達濃度

添加硒代甲硫氨酸的體外蛋白表達實驗??，直接獲得 X 射線晶體學級硒標記蛋白。內(nèi)源蛋白表達修飾

在無細胞蛋白表達技術（CFPS）領域，Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學巨頭占據(jù)主導地位，它們提供標準化的商業(yè)化試劑盒（如Thermo的PURExpress®和Merck的RTS 100系統(tǒng)），覆蓋科研到工業(yè)級需求。這些企業(yè)通過成熟的供應鏈和全球分銷網(wǎng)絡，為制藥、診斷客戶提供一站式解決方案。此外，Takara Bio（寶生物工程）憑借其高效真核裂解物技術，在復雜蛋白表達（如糖基化抗體）細分市場表現(xiàn)突出。這些綜合服務商正通過收購創(chuàng)新企業(yè)（如Thermo收購CellFree Tech）進一步鞏固技術壁壘。內(nèi)源蛋白表達修飾