科学通报 | 北京生命科技研究院陈勇团队系统综述植物生物反应器技术发展与应用前景

近日，北京生命科技研究院陈勇团队在《科学通报》发表了题为“基于植物生物制造的疫苗和药物研发”的综述，系统阐述了植物生物反应器技术的发展历程与应用前景。文章重点分析了该技术在生产成本及生物安全方面的核心优势，并通过多款已上市生物药物案例，展示了其在疫苗、治疗蛋白等领域的产业化进展。同时，文章深入探讨了当前面临的技术瓶颈与标准化挑战，为植物源生物制品的产业化发展提供了重要参考。

植物生物反应器是指利用烟草、水稻、胡萝卜等完整植株、植物组织或悬浮细胞作为生产载体，通过基因工程手段实现外源蛋白或目标天然产物规模化合成的一类生物制造系统。其核心在于将植物转化为“活体工厂”，实现重组蛋白或药物分子的高效生产。作为一种新兴的生物技术路径，植物源生物制造在生物医药领域展现出了显著的发展潜力。相较于原核表达系统，植物生物反应器具备进行复杂翻译后修饰的能力。其特有的糖基化修饰不仅与蛋白功能密切相关，还可发挥天然佐剂的作用，增强抗原的免疫原性，从而减少对外加佐剂的依赖。与动物细胞表达系统相比，植物培养所需的基础条件（光、水、简单营养基质）更易获取，且温室设施的建设成本通常低于大型生物反应器的投入，这使得植物系统的运行成本更为经济，对资源条件有限的发展中国家尤其具有吸引力。而且植物本身不受哺乳动物相关病原体（如动物病毒、朊病毒）的侵染，从源头上避免了传统生产体系中潜在的动物源性污染风险，具备突出的生物安全性优势。随着农杆菌介导的瞬时转化技术日趋成熟，目标基因可在数日内高效递送至植物细胞并快速表达外源蛋白。这种快速响应能力，使其成为应对新发传染病（如疫苗和诊断试剂的紧急生产）以及满足小规模、个性化医疗需求（例如生产用于治疗非霍奇金淋巴瘤的患者特异性抗体）的理想平台。

文章系统回顾了植物生物制造领域近半个世纪发展历程中的关键突破与里程碑事件。自1989年美国Scripps研究所在烟草中首次成功表达功能性抗体以来，该领域已实现从概念验证到多元化产品落地的跨越。代表性案例如：以色列Protalix公司利用胡萝卜悬浮细胞生产的重组人葡萄糖脑苷脂酶（Elelyso®），于2012年获FDA批准用于戈谢病治疗，成为全球首个植物源人用蛋白质药物；2022年加拿大Medicago公司基于烟草生产的病毒样颗粒新冠疫苗（COVIFENZ®）获加拿大卫生部批准，成为全球首款植物源人用疫苗；2025年中国禾元生物利用水稻胚乳细胞生产的重组人血清白蛋白注射液（奥福民®）在国内获批上市，用于治疗肝硬化低白蛋白血症。此外，植物平台还在抗体药物（如抗龋齿抗体CaroRx®）、禽用疫苗（新城疫病毒疫苗）、畜用酶制剂（玉米表达植酸酶）及应急抗体药物（烟草表达埃博拉抗体ZMapp ）等领域成功实现应用。这些里程碑表明，植物生物反应器已发展成为涵盖疫苗、治疗性蛋白、血液制品等多类生物制品的成熟生产平台。北京生命科技研究院的研究团队正积极融入这一创新浪潮，探索以烟草为代表的植物生物反应器的规模化生产路径。

图 1 植物生物反应器可生产多种蛋白制品与小分子药物

此外，文章还梳理分析了植物生物反应器在市场化进程中所面临的一系列技术瓶颈与监管挑战。植物表达系统在蛋白质合成能力上虽与哺乳动物细胞相近，但由于植物细胞体积较大，单位培养体积内细胞密度较低，导致重组蛋白的整体产率仍然有限。在纯化工艺方面，植物系统常依赖细胞破碎来释放目标蛋白，这一过程会伴随大量宿主蛋白、次级代谢物等杂质的溶出，不仅增加了后续分离步骤的复杂度，也显著提高了纯化成本。此外，植物特异性糖基化修饰可能引发不必要的免疫反应，需要通过糖基化工程手段进行人源化改造，以提升产品的生物相容性。从产业化角度看，植物源蛋白制品目前尚未形成统一的国际生产标准与监管体系，不同植物平台之间的技术路径差异较大，导致工艺通用性低、定制化成本高。多数企业仍倾向于选择技术成熟的哺乳动物细胞或微生物表达系统，使得植物体系虽在研发阶段积累颇丰，却难以实现大规模商业化应用，呈现出显著的“研发‑转化”断层。因此，推动植物生物反应器走向成熟，不仅需要持续优化表达与纯化等关键技术，更需构建跨领域的协作生态，统筹推进标准化建设、监管框架完善与产业链整合，从而加速植物源生物制品的产业化进程。

北京生命科技研究院陈勇与付亚宁为本文的通讯作者，北京生命科技研究院谢芬与李悦怡是本文的共同第一作者，云南烟草农业科学研究院白戈与北京生命科技研究院博士后浩天骄参与了文稿的修改校对，中国科学院微生物所高福院士与馨智生物刘科芳研究员为本文的写作、构思提供了重要帮助。

相关研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目（2025YFA0924000）、国家自然科学基金重大研究计划培育项目（92578125）与北京生命科技研究院（2024500CC0230）的资助。

文章信息

谢芬，李悦怡，白戈，等.基于植物生物制造的疫苗和药物研发. 科学通报, 2026

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-5652.

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