Optiferrin - 细胞培养基中的重组转铁蛋白铁转运蛋白

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2025-11-21

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发表于 2018 年 5 月 16 日

细胞培养和生物技术制造见解Randall Alfano，博士。 InVitria 产品开发副总裁 D.

转铁蛋白是一种存在于血浆中的铁结合蛋白，对细胞健康至关重要。转铁蛋白为体内天然细胞提供铁，并作为细胞培养基的补充剂。

转铁蛋白的功能和结构

人血清转铁蛋白，一种约 75 kD 的双叶糖蛋白，能够以纳摩尔亲和力可逆地结合 Fe3+ , 代表了在体内和体外向细胞输送铁的主要载体之一。转铁蛋白在肝脏中产生，在血浆中作为异质群体被发现，浓度约为 2.5 mg/mL，由二铁（全铁或铁饱和）、单铁 N 叶、单铁组成C 叶（部分铁饱和）或 apo 转铁蛋白 4。

转铁蛋白受体 (TFR)

在 pH 7.4（人血清的 pH 值）下，全转铁蛋白对细胞表面转铁蛋白受体 (TFR) 的亲和力最高，其次由两种单铁形式4。这三种铁结合形式的转铁蛋白中的一种将结合 TFR 并通过网格蛋白依赖性内吞作用被内化 5。随后通过 ATP 依赖性 H+ 泵使核内体酸化将触发受体刺激的铁从转铁蛋白释放，随后 Fe3+ 还原为 Fe2+4。

现在不含铁的转铁蛋白/TFR 复合物随后被重定向回到细胞表面，在那里 TFR 在血清 pH 值下的弱结合将触发 apo 转铁蛋白的解离，其中 apo 转铁蛋白可以结合额外的 Fe3+ 6（图 1）。

$\"\"$ 图 1 人血清转铁蛋白的内化机制

这个过程发生得相当快，因此每个转铁蛋白分子每小时可输送几个有效载荷的铁4。尽管完全饱和的二铁转铁蛋白对 TFR 具有最高的亲和力（Kd ~ 4 nM），但单铁形式也能够与 TFR 形成高亲和力键（FeNhTF 和 FeChTF 的 Kd 分别为 ~ 36 和 32 nM）将表明部分铁饱和的转铁蛋白在细胞培养中具有功能4。

细胞培养基中的转铁蛋白

鉴于铁摄取在细胞健康中的核心作用，转铁蛋白的加入在无血清细胞培养中绝对至关重要培养基以确保大多数细胞类型的充分细胞增殖和离体功能。人血清中转铁蛋白的天然丰度加上相对简单的纯化使得能够分离和利用血清衍生的转铁蛋白用于体外细胞l 培养应用多年。

但是，考虑到使用生物来源的蛋白质存在固有的可靠性问题和潜在的安全问题，人们已经做出了广泛的努力来生成人血清转铁蛋白的重组版本。最初尝试使用原核和简单的真核表达系统只取得了有限的成功 7、8。非功能性蛋白的低表达和/或表达促使人们研究使用更复杂的真核表达系统，例如仓鼠幼肾 (BHK)9,10。

我们已成功表达高水平的人血清转铁蛋白11。对该重组转铁蛋白的生化和功能方面的研究表明重组蛋白具有可接受的特征 11。

我们发现这种称为 Optiferrin 的重组转铁蛋白具有正确的序列和大小，能够与人血清来源的转铁蛋白竞争 TFR 结合位点CCL-2 和 Caco-2 细胞 11,12。结果，发现细胞增殖在一系列相关浓度的杂交瘤细胞系中是相同的（图 2）。

$\"\"$ 图 2 Optiferrin 在诱导杂交瘤细胞生长方面的等效性

Sp2/0 杂交瘤 (ATCC) 在含有 GlutaMax + 10 的 DMEM/F12 中维持mM HEPES 和 10% FBS。为确定任一血清衍生转铁蛋白的生物活性，用基础 DMEM/F12 广泛洗涤细胞，然后接种在补充有 1 g/L rhalbumin、10 mg/L rhinsulin、6.7 µg/L 亚硒酸盐和 2 mg 的同一碱基中/L 乙醇胺，有或没有 0.1-10 mg/L 血清衍生或 rhtransferrin (Optiferrin)。细胞孵育 72 小时，随后测定活细胞计数。 Optiferrin 表现出等同性天然人转铁蛋白在诱导杂交瘤细胞生长方面具有显着活性。

重组人转铁蛋白在细胞培养中表现出广泛的活性

鉴于重组 Optiferrin 与血清来源的转铁蛋白具有相同的结构和功能，预计 Optiferrin将在多个细胞系统和不同的无血清培养基配方中发挥作用。事实上，迄今为止，我们已经证实了 Optiferrin 在来自多种组织的人间充质干细胞、神经干细胞、诱导多能干细胞、原代 T 细胞、来自多种组织的成纤维细胞、角质形成细胞、VERO 细胞、造血干细胞和杂交瘤中的活性。此外，自 2012 年这种重组蛋白首次亮相以来，Optiferrin 在工业上的采用一直在稳步增加。

因此，在无血清培养基中用血清衍生的转铁蛋白替代 Optiferrin 可以很简单，并且可以预期如果天然转铁蛋白的浓度已知，则接近 1:1.如果不知道天然转铁蛋白的浓度，已证明在上述细胞类型中有足够的细胞增殖的典型 Optiferrin 浓度范围为 10-400 mg/L，最佳浓度必须根据经验确定。

重组 DNA 技术的阐明使科学界对蛋白质表达的复杂机制有了深刻的认识。然而，即使在获得基因序列并在重组宿主中表达后，证明与天然蛋白质的等价性仍然存在挑战。就转铁蛋白而言，基于非哺乳动物的表达平台能够产生全长、功能齐全的人转铁蛋白，证明其与血清衍生蛋白等效。

在此处查看 PDFFootnotesK, B. (2013)。血小板裂解物作为间充质基质细胞培养物中胎牛血清的替代品。 Transfus Med Hemother, 326-35.MCKeehan WL, B. D. (1990)。弗朗蒂哺乳动物细胞培养中的错误。 26(1).Steere A, B. C. (2012)。来自水稻（Oryza Sativa L.）的重组人血清转铁蛋白的生化和结构表征。 J Inorg Biochem，37-44.Luck AN，文学硕士 (2012)。转铁蛋白介导的细胞铁输送。膜的当前主题，69，3-35。 doi:10.1016/B978-0-12-394390-3.00001-XMorgan EH, A. T. (1969)。 125-I 标记的转铁蛋白兔网织红细胞的放射自显影定位。自然，1371-2Leverence R, M. A. (2010)。用电喷雾电离质谱法评估血清转铁蛋白和转铁蛋白受体之间的非典型相互作用。 Proc Natl Acad Sci USA, 8123-8.Ikeda RA, B. B. (1992)。在大肠杆菌中生产人血清转铁蛋白。 Gene, 265-9.Steinlein LM, I. R. (1993)。在大肠杆菌中产生 N 端和 C 端人血清转铁蛋白。 Enzyme Microb Technol, 193-9Funk WD, M. R. (1990)。人血清转铁蛋白氨基末端半分子在培养物中的表达细胞和重组蛋白的表征。生物化学，1654-60.Mason AB, H. P. (2004)。真正的单铁和载脂蛋白人血清转铁蛋白的表达、纯化和表征。 Protein Expr Purif, 318-26.Steere AN, B. C. (2012)。来自水稻（Oryza sativa L.）的重组人血清转铁蛋白的生化和结构表征。 J Inorg Biochem, 37-44.Zhang D, L. H. (2012)。水稻（Oryza sativa L.）重组人血清转铁蛋白转铁蛋白受体介导的内吞作用和细胞铁递送的表征。 BMC Biotechnology, 12, 92. doi:10.1186/1472-6750-12-9开始新搜索快速搜索链接应用：

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