體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的明顯缺陷在于 缺乏真核細(xì)胞器結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致關(guān)鍵翻譯后修飾難以實(shí)現(xiàn)：糖基化不完整性： 裂解物中缺乏高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，只能生成高甘露糖型等簡(jiǎn)單糖鏈，無法合成復(fù)雜雙觸角N-糖；磷酸化/乙酰化失衡： 激酶/磷酸酶網(wǎng)絡(luò)不完整，使信號(hào)通路蛋白的修飾狀態(tài)與生理?xiàng)l件差異明顯；二硫鍵錯(cuò)配風(fēng)險(xiǎn)： 氧化還原環(huán)境調(diào)控不足導(dǎo)致多二硫鍵蛋白錯(cuò)誤折疊率升高。這些局限使體外蛋白表達(dá)在 zhi liao性抗體等需精確修飾的蛋白生產(chǎn)中應(yīng)用受限。兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機(jī)制??，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜酶活性分子的功能性蛋白表達(dá)。常用蛋白表達(dá)方法

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)的模板可以是線性DNA（如PCR產(chǎn)物）或環(huán)狀質(zhì)粒，需包含啟動(dòng)子（如T7/T3/SP6）和核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS）以啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進(jìn)二硫鍵形成。部分高級(jí)系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實(shí)現(xiàn)更高可控性，但成本較高。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴(kuò)展了蛋白質(zhì)的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)能準(zhǔn)確將熒光標(biāo)記或交聯(lián)基團(tuán)嵌入目標(biāo)蛋白，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)或藥物偶聯(lián)開發(fā)。更前沿的應(yīng)用是人工生命體系的構(gòu)建，如利用無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)合成噬菌體或人工細(xì)胞雛形，結(jié)合微流控技術(shù)模擬細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，為合成生物學(xué)研究提供可控的簡(jiǎn)化模型。分泌型蛋白表達(dá)市場(chǎng)現(xiàn)狀體外蛋白表達(dá)需使用??不含質(zhì)粒骨架的模板??以避免副反應(yīng)。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續(xù)交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎(chǔ)的形式，反應(yīng)在單一試管中進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達(dá)時(shí)間通常只4小時(shí)，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應(yīng)液與緩沖液分層，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至8-20小時(shí)，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設(shè)計(jì)。連續(xù)交換式（CECF）通過半透膜連接反應(yīng)室與供應(yīng)室，持續(xù)補(bǔ)充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應(yīng)延長(zhǎng)至24小時(shí)，產(chǎn)量明顯提高（如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）

盡管體外蛋白表達(dá)在科研領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，其規(guī)模化應(yīng)用仍面臨三重挑戰(zhàn)：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網(wǎng)織紅細(xì)胞）的原料獲取與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)難度大，單位成本遠(yuǎn)超微生物發(fā)酵；反應(yīng)體系穩(wěn)定性不足： 蛋白酶/核酸酶導(dǎo)致的產(chǎn)物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續(xù)合成時(shí)間；產(chǎn)物濃度天花板： 當(dāng)前比較好工藝的蛋白產(chǎn)量約5g/L，較CHO細(xì)胞系統(tǒng)（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發(fā) 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續(xù)流灌注技術(shù)，提升經(jīng)濟(jì)可行性??scFv 抗體片段的體外蛋白表達(dá)??在4小時(shí)內(nèi)完成，較傳統(tǒng)CHO 細(xì)胞系統(tǒng)提速 10 倍。

體外蛋白表達(dá)系統(tǒng)的本質(zhì)是利用 純化的細(xì)胞裂解物（含核糖體、tRNA、翻譯因子及能量再生組分）重構(gòu)蛋白質(zhì)合成機(jī)器。在ATP/GTP供能條件下，核糖體通過mRNA模板介導(dǎo)的密碼子-反密碼子配對(duì)，驅(qū)動(dòng)氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)包括：翻譯起始效率（受5'UTR二級(jí)結(jié)構(gòu)及Shine-Dalgarno序列影響）、延伸速率（依賴EF-Tu/G因子濃度）和終止準(zhǔn)確性（釋放因子RF1/2活性）。體外蛋白表達(dá)的高效性源于其 去除了細(xì)胞膜屏障，使反應(yīng)底物濃度可人為提升至生理水平的10-100倍，大幅加速肽鏈合成動(dòng)力學(xué)。例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達(dá)后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內(nèi)。膜蛋白表達(dá)發(fā)展前景

大腸桿菌體外蛋白表達(dá)的單次反應(yīng)成本（$1.5）只為哺乳細(xì)胞系統(tǒng)的 1/50。常用蛋白表達(dá)方法

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在快速響應(yīng)公共衛(wèi)生事件和jun shi應(yīng)用中表現(xiàn)突出。例如，在COVID-19期間，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)被用于數(shù)小時(shí)內(nèi)合成病毒抗原，加速疫苗候選物篩選。美國DARPA支持的“生物制造”項(xiàng)目利用凍干無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)試劑，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中按需生產(chǎn)止血蛋白或抗體，實(shí)現(xiàn)便攜式、無需冷鏈的即時(shí)生物制造。這類場(chǎng)景凸顯了無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在時(shí)效性和環(huán)境適應(yīng)性上的不可替代性。根據(jù)應(yīng)用需求，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可整合非天然氨基酸（通過修飾tRNA）、脂質(zhì)體（用于膜蛋白表達(dá)）或翻譯后修飾酶（如糖基化酶）。常用蛋白表達(dá)方法