自1975年開始被用于治療原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥、高血鈣癥,、變形性骨炎,，緩解急性粉碎性骨折所致的炎癥水腫和劇痛等，降鈣素一直被臨床廣泛應(yīng)用,。降鈣素的生產(chǎn)方法主要有提取法,、化學(xué)合成法和基因工程法。提取法由于天然原料含量極微,、提取工藝復(fù)雜,，化學(xué)法合成法由于成本較高等原因，限制了它們的使用和推廣,。
近年來出現(xiàn)的用基因工程法對降鈣素基因進(jìn)行改造、重組及大規(guī)模生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義,。20世紀(jì)90年代末,，我國開始了基因工程降鈣素的研究，取得了一些積極進(jìn)展,。
大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)我國學(xué)者在大腸桿菌中表達(dá)了融合蛋白形式的鮭魚及人降鈣素,，再從融合蛋白中切下羧基末端為甘氨酸的降鈣素前體,，經(jīng)肽酰甘氨酸酰化單氧酶的作用,，加工成為成熟的降鈣素,。
大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)是目前最常用的外源蛋白表達(dá)系統(tǒng)。它具有生長快速,、生長周期短,、培養(yǎng)條件簡單、安全性好,、價格低廉,、可以高效表達(dá)外源蛋白、適合不同的基因產(chǎn)物,、易于進(jìn)行工廠化批量生產(chǎn)等優(yōu)點,，是人們克隆與表達(dá)外源基因的首選菌株。
然而這一方法也存在一定局限,。用大腸桿菌表達(dá)降鈣素最大的問題是C-末端32位脯氨酰胺不能酰胺化,，表達(dá)的降鈣素活性低，需要進(jìn)行體外酰胺化提高活性,，而且高效表達(dá)需不同異丙基硫代βD半乳糖苷（IPTG）誘導(dǎo),，使得生產(chǎn)成本大大增加。另外,，大腸桿菌表達(dá)的蛋白質(zhì)多數(shù)是包涵體,，包涵體變性后復(fù)性條件的優(yōu)化和復(fù)性效率也是一個難題。
乳酸桿菌表達(dá)系統(tǒng)乳酸桿菌是一種常見的益生菌,，作為外源蛋白表達(dá)系統(tǒng),，它具有很多優(yōu)勢，如無致病性,、在人和動物體內(nèi)占絕對優(yōu)勢,，使外源蛋白可能達(dá)到較高表達(dá)量等等。雖然有人對乳酸桿菌表達(dá)載體表達(dá)鮭魚降鈣素在實驗室中進(jìn)行了嘗試,，并獲得了成功,，但目前對用乳酸桿菌表達(dá)降鈣素的研究很少。究其原因可能與以下幾個原因有關(guān),。
一是乳酸桿菌遺傳背景不清楚,，它的質(zhì)粒大多是隱蔽型的，因此對乳酸桿菌基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)控及蛋白質(zhì)分泌的機(jī)制了解較少,。二是直接飼喂重組的乳酸桿菌并不能在體內(nèi)表達(dá)足夠的抗原量,。三是長期低劑量的刺激可能導(dǎo)致機(jī)體免疫耐受。四是口服重組乳酸桿菌可能只對局部病變有較好的預(yù)防效果,。乳酸桿菌也屬于原核表達(dá)系統(tǒng),，沒有真核翻譯后加工的功能,，表達(dá)的降鈣素不能酰胺化，活性較低,，必須進(jìn)行后加工,。
盡管如此，乳酸桿菌表達(dá)系統(tǒng)仍具有巨大的開發(fā)潛力,。首先,，乳酸桿菌像食物和水一樣可以直接口服，正是良好的口服疫苗載體,。其次,，乳酸桿菌不僅對機(jī)體無毒無害，而且它自身及其各種代謝產(chǎn)物對機(jī)體也有營養(yǎng)和免疫的功能,，再加上其攜帶的目的蛋白的專一性作用,，可以說是集多種功能于一身，正屬于現(xiàn)在最倡導(dǎo)的多功能微生態(tài)制劑,。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展,，乳酸桿菌的研究會日益清楚，重組乳酸桿菌基因工程菌的時代必將到來,，并將在未來食品和醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,。
酵母表達(dá)系統(tǒng)酵母是生產(chǎn)真核異源蛋白的宿主菌，既具有原核表達(dá)系統(tǒng)生長迅速,、操作簡單,、價格便宜、安全性好,、遺傳背景清楚等優(yōu)點,。目前用于表達(dá)降鈣素的主要是畢赤酵母。我國學(xué)者曾報道在畢赤酵母中表達(dá)了鮭魚降鈣素與骨生長肽（OGP）融合蛋白,，細(xì)胞實驗（體外）和動物實驗（體內(nèi)）結(jié)果都證明表達(dá)的融合蛋白既可以抑制破骨細(xì)胞的活性,，又可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的活性。
雖然降鈣素在畢赤酵母中表達(dá)獲得了成功,，但應(yīng)該看到酵母表達(dá)系統(tǒng)仍存在局限性,。首先，分泌表達(dá)產(chǎn)物存在不均一性,，出現(xiàn)如信號肽加工不完全,，表達(dá)產(chǎn)物在培養(yǎng)基中被自身分泌的蛋白酶降解等現(xiàn)象；其次,，當(dāng)利用該系統(tǒng)的載體將外源基因通過雙交換整合到宿主體中乙醇氧化酶1（AOX1）基因位置時,，AOX1基因被破壞，這樣使細(xì)胞利用甲醇能力大大降低,，從而大大延長了細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵時間,，長時間的發(fā)酵不利于外源蛋白的表達(dá)；第三,，利用易燃的甲醇做原料,，表達(dá)產(chǎn)物的衛(wèi)生安全性需要考慮；第四,，篩選藥物價格昂貴也給生產(chǎn)應(yīng)用帶來局限,。重要的是畢赤酵母不能使蛋白酰胺化，故用酵母系統(tǒng)生產(chǎn)降鈣素活性不是很高,，而且產(chǎn)品,，不利于表達(dá)產(chǎn)物應(yīng)用于人體。
昆蟲桿狀病毒系統(tǒng)近年來,，以昆蟲桿狀病毒作為表達(dá)載體已越來越受到人們的注意,，用這種桿狀病毒為載體表達(dá)的外源基因已很多。其優(yōu)越性主要包括桿狀病毒對于脊椎動物和其他昆蟲細(xì)胞是安全的,、在強(qiáng)有力的多角體蛋白啟動子轉(zhuǎn)錄控制下,，外源基因表達(dá)的水平高等。
但是,，也應(yīng)該看到,，昆蟲桿狀病毒系統(tǒng)雖然以高表達(dá)著稱，然而不同外源基因產(chǎn)物的表達(dá)水平相差很大,，實際表達(dá)水平可能受到很多因素的影響,；傳統(tǒng)的昆蟲細(xì)胞內(nèi)的重組方式步驟繁瑣、費(fèi)時,，獲得重組體的概率為0.1%～1.0%,，且重組病毒的鑒定不易準(zhǔn)確；桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的外源蛋白只有少部分是分泌性的,，而大部分是非分泌性的,，不利于蛋白收集和分離；在病毒感染晚期,，由于大量外源蛋白的表達(dá),，可引起宿主細(xì)胞的裂解，細(xì)胞裂解后,，胞質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)釋放出來,，使重組蛋白的純化很困難，水解酶的釋放可降解重組蛋白,。
植物表達(dá)系統(tǒng)用植物表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)降鈣素的主要方法是降鈣素在轉(zhuǎn)基因植物中的表達(dá),。這種植物生物反應(yīng)器與其他生物反應(yīng)器如細(xì)菌、酵母相比,，優(yōu)點在于生產(chǎn)成本低,、能準(zhǔn)確地進(jìn)行翻譯后加工,，克服了原核表達(dá)系統(tǒng)不能完成蛋白翻譯后修飾的缺點、無病原污染等優(yōu)點,。然而,，由于外源基因DNA的甲基化、基因共抑制效應(yīng)等原因,，轉(zhuǎn)基因植物的表達(dá)效率不穩(wěn)定,，影響了轉(zhuǎn)基因植物實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而且,，這種方法中目標(biāo)蛋白與植物內(nèi)源蛋白難于分離,，純化費(fèi)用高。
值得一提的是,，近年來出現(xiàn)了用植物油體表達(dá)體系生產(chǎn)降鈣素的方法,。植物油體表達(dá)體系是將外源基因插入油體蛋白的N端或C端，構(gòu)成融合蛋白,，融合蛋白在轉(zhuǎn)基因植物種子中特異表達(dá),，并鑲嵌在油體表面。因此利用油體親脂疏水的特性,，將轉(zhuǎn)基因植物種子經(jīng)粉碎-液體抽提-離心處理,，回收上層油相即可將融合蛋白與細(xì)胞內(nèi)其它組分分開，可去除質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%以上的種子蛋白,。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院進(jìn)行的建立油菜油體表達(dá)體系表達(dá)醫(yī)用蛋白鮭魚降鈣素的研究已通過成果鑒定,。
