昆虫细胞：生物制药界的 “低调王者”，从疫苗到抗癌药全靠它

摘要：你可能想不到，我们接种的新冠疫苗、对抗癌症的免疫疗法，背后可能藏着 “昆虫的功劳”。昆虫细胞系作为一种神奇的 “生物工厂”，既能高效生产重组蛋白，又能完成复杂的蛋白修饰，还能大幅降低制药成本。本文从昆虫细胞培养的百年发展史说起，拆解它的制药原理、技术突破和实际应用，带大家认识这个生物制药界的 “低调王者”，看看小小的昆虫细胞如何撑起疫苗、抗癌药等多种生物制品的生产重任。

一、百年探索：昆虫细胞如何从实验室走向制药厂？

昆虫细胞培养的故事，要从 100 多年前说起。1907 年，科学家哈里森成功在体外培养出动物细胞，开启了细胞培养的新时代。1915 年，戈德施密特首次将这种技术用到昆虫身上，成功培养出天蚕蛾的精子细胞，不过当时只能存活三周。

早期的昆虫细胞培养困难重重，没有合适的培养基、容易被细菌污染，根本无法长期存活。直到 1956 年，怀亚特研发出一种复杂的合成培养基，包含 20 多种氨基酸、无机盐和糖类，才让家蚕细胞得以正常生长分裂。真正的转折点出现在 1962 年，托马斯・格雷丝用 “粗放培养法”，意外获得了首个能连续传代的昆虫细胞系，还优化出至今仍在使用的培养基。

之后的几十年里，科学家们陆续开发出多种实用的昆虫细胞系。1977 年诞生的 Sf21 细胞系，因容易被病毒感染、增殖速度快，成为生产重组蛋白的 “主力军”；1983 年衍生出的 Sf9 细胞系，稳定性更优；1992 年发现的 High Five™细胞系，蛋白产量比 Sf9 还高 2 倍。如今，全球已建立超过 1500 种连续昆虫细胞系，其中 90% 都来自鳞翅目和双翅目昆虫。

图1昆虫细胞培养发展里程碑二、核心技术：昆虫细胞如何 “变身” 蛋白生产机？

昆虫细胞之所以能成为生物制药的核心工具，关键靠两种主流技术：杆状病毒表达载体系统（BEVS）和无病毒质粒转染系统。

BEVS 是目前最常用的技术，简单说就是 “借病毒送基因”。科学家把需要生产的蛋白基因（比如新冠病毒的刺突蛋白基因）插入杆状病毒，再用这种病毒感染昆虫细胞。病毒会带着目标基因进入细胞，利用细胞的 “生产设备” 大量合成目标蛋白。这种技术的优点很突出：杆状病毒对人类无害，生产的蛋白活性高，还能轻松放大规模。

为了提高效率，科学家还优化出 Bac-to-Bac 技术，把病毒载体的构建转移到大肠杆菌中完成，大幅缩短了制备时间。后来又开发出 flashBAC™、BestBac™等系统，通过删除病毒的无用基因，进一步提高蛋白产量，简化纯化流程。

无病毒质粒转染系统则更直接，跳过病毒载体，直接把含目标基因的质粒转入昆虫细胞。这种方法不用经历病毒感染步骤，蛋白纯化更简单，还能建立稳定的细胞系长期生产。不过它的蛋白表达量通常比 BEVS 低，更适合实验室研究或小批量生产。

图 2 重组蛋白生产系统对比 （图中 A 为基于 BEVS 的经典 Bac-to-Bac 系统，B 为无病毒质粒转染系统，B1 为稳定单克隆细胞系构建流程，清晰展示两种技术的生产步骤及时长差异）

值得一提的是，昆虫细胞还能生产病毒样颗粒（VLPs）—— 这种颗粒长得像病毒，却没有病毒的遗传物质，不会致病，是疫苗研发的 “黄金选择”。它能激发强烈的免疫反应，尤其适合应对流感、新冠这类变异快的病毒。

三、技术升级：让昆虫细胞 “生产” 出更优质的蛋白

虽然昆虫细胞优势明显，但早期也有短板：比如蛋白的糖基化修饰和人类细胞有差异，可能影响药效；病毒感染后细胞会裂解，产生大量杂质，增加纯化难度。为了解决这些问题，科学家们做了不少技术升级。

1. 优化蛋白修饰：让昆虫蛋白更 “像人”

糖基化是蛋白发挥功能的关键修饰。昆虫细胞生产的蛋白糖链比较简单，而人类蛋白的糖链更复杂。通过糖工程技术，科学家给昆虫细胞转入人类的糖基转移酶基因，让它能合成和人类细胞类似的糖链。如今，经过改造的 SfSWT 系列细胞系，已经能生产出接近人类蛋白的糖基化修饰产物。

2. 延长细胞寿命：提高蛋白产量

病毒感染后，昆虫细胞会很快凋亡，限制了蛋白产量。科学家通过转入抗凋亡基因（比如 P35 基因、vankyrin 基因），或者沉默促凋亡基因（比如 caspase-1 基因），让细胞在感染后能存活更久，蛋白产量最高能提升 26 倍。

3. 快速检测：缩短生产周期

传统的病毒滴度检测需要一周时间，影响生产效率。科学家开发出 Sf9-ET、Sf9-QE 等工程细胞系，这些细胞被病毒感染后会发出荧光，通过荧光就能快速判断病毒浓度，检测时间缩短到 3 天。

4. 适应性进化：让细胞更 “抗压”

通过适应性实验室进化（ALE）技术，让昆虫细胞在特定环境（比如高 pH、低温）下长期培养，筛选出适应性更强的细胞系。比如在 pH7.0-7.2 的环境中培养 Sf21 细胞，得到的 SfBasic 细胞系，生产基孔肯雅病毒样颗粒的产量提升了 11 倍；在 22℃低温下培养的细胞系，HIV 病毒样颗粒产量最高能增加 26 倍。

图 3 昆虫细胞优化策略汇总四、实际应用：昆虫细胞生产的药物就在我们身边

经过几十年的发展，昆虫细胞系已经实现了规模化应用，生产出多种获批的疫苗和药物，涵盖人类医疗和兽医领域。

表1已上市的昆虫细胞来源药物

其中最知名的就是新冠疫苗 Nuvaxovid®，它采用 Sf9 细胞系生产新冠病毒刺突蛋白，再组装成纳米颗粒疫苗，因技术成熟、安全性高，获得了多个国家的紧急使用授权。还有预防宫颈癌的 Cervarix™疫苗，利用昆虫细胞生产人乳头瘤病毒（HPV）的病毒样颗粒，已在全球广泛使用。

图4 Nuvaxovid 疫苗生产流程

除了新冠疫苗，预防宫颈癌的Cervarix™疫苗也是昆虫细胞的 “代表作”—— 它利用昆虫细胞生产人乳头瘤病毒（HPV）的 L1 衣壳蛋白，这些蛋白会自动组装成病毒样颗粒，接种后能精准激发针对 HPV16、18 型的免疫保护，这两种亚型正是导致宫颈癌的主要 “元凶”。

在兽医领域，昆虫细胞的贡献也不小。比如预防猪圆环病毒病的 Porcilis® PCV 疫苗，用昆虫细胞生产 PCV2 病毒的 ORF2 蛋白，制成的疫苗能有效降低猪群的发病率，帮养殖户减少经济损失；还有古典猪瘟疫苗 Porcilis Pesti®，同样靠昆虫细胞生产 E2 蛋白，在全球养猪业广泛使用。

除此之外，还有多款基于昆虫细胞的药物正在临床试验中，涵盖流感、埃博拉、寨卡病毒等传染病，以及疟疾、艾滋病等重大疾病，未来应用前景十分广阔。

表2临床试验中的昆虫细胞来源疫苗

五、未来展望：昆虫细胞的 “进化” 之路

目前，昆虫细胞系已经成为生物制药的重要平台，全球重组蛋白市场中，10% 的产品都来自昆虫细胞，这个市场规模预计到 2030 年将达到 55.8 亿美元。但它仍有进步空间：比如部分细胞系可能携带潜在病毒，需要进一步优化；大规模生产的成本还有下降空间；糖基化修饰还能更接近人类细胞。

未来，随着CRISPR/Cas9 基因编辑技术的深入应用，科学家有望精准改造昆虫细胞的基因，让它能生产出更复杂的蛋白；无病毒生产系统的效率会不断提升，逐步实现工业化应用；甚至可能利用昆虫幼虫作为 “活体工厂”，进一步降低生产成本。

从 100 多年前的初步尝试，到如今成为疫苗、抗癌药的核心生产工具，昆虫细胞系的发展堪称生物制药的 “逆袭之路”。这个藏在实验室里的 “昆虫工厂”，正在用科技的力量，为人类健康带来更多可能。相信在不久的将来，会有更多基于昆虫细胞的创新药物问世，守护我们的健康。

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