當研究凋亡相關蛋白（如 caspase-3）或細菌du su（如白喉du su A 鏈）時，傳統細胞表達系統常因蛋白毒性導致宿主死亡。體外蛋白表達技術通過無細胞環境規避了這一限制：在兔網織紅細胞裂解物中添加目標基因 mRNA，4 小時內即可獲得功能性毒性蛋白，且產率高達 0.5 mg/mL。2021 年斯坦福團隊利用此技術成功表達出全長 63 kDa 的 Bax 蛋白，并證實其在線粒體膜穿孔中的構象變化。該方案不只避免了細胞毒性問題，還通過 實時熒光監測（如 FITC 標記）量化了蛋白折疊效率，為靶向凋亡通路的抗cancer藥物篩選提供了新工具。合成生物學利用體外蛋白表達構造??無細胞代謝網絡??。gst融合蛋白表達包涵體

20世紀90年代后，隨著分子生物學和合成生物學的進步，無細胞蛋白表達技術技術迎來突破。研究者通過優化裂解物制備（如敲除大腸桿菌核酸酶）、開發能量再生系統（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循環），明顯提升蛋白產量和反應時長。2000年代初，連續交換式反應體系（CECF）的出現解決了底物耗盡問題，使反應時間延長至24小時以上，產量達毫克級，為工業化鋪平道路。此階段，無細胞蛋白表達技術開始應用于毒性蛋白合成和抗體片段生產，但成本仍較高。大規模蛋白表達市場現狀隨著工程化裂解物與自動化設備的進步，體外蛋白表達技術將成為生命科學工具箱中的常備利器。

體外蛋白表達正在革新現場快速檢測技術。以瘧疾診斷為例：將凍干的大腸桿菌裂解物、瘧原蟲 HRP2 基因 DNA 及顯色底物預裝在微流控芯片中，加入水樣后啟動 30 分鐘體外蛋白表達反應，生成的 HRP2 蛋白催化顯色劑變紅，靈敏度達 5 寄生蟲/μL（傳統試紙只 200/μL）。此方案在剛果金野外測試中顯示，陽性檢出率提升 40% 且無需冷鏈運輸。類似技術已擴展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白，結合納米金抗體實現 1 小時確診。這種 “即測即表達”模式 將診斷成本降至 $0.5/次，成為資源匱乏地區的抗疫利器。

無細胞蛋白表達技術在實際應用中也存在一些技術短板。由于反應體系缺乏活細胞的代謝調控機制，能量供應和原料再生效率較低，導致反應持續時間較短（通常只維持4-6小時），限制了蛋白產量的進一步提升。同時，該技術對反應環境高度敏感，溫度波動、氧化應激或污染物都可能影響蛋白合成效率，這對實驗操作的穩定性提出了更高要求。此外，雖然CFPS能表達傳統細胞系統難以生產的毒性蛋白，但對于需要復雜折疊或多亞基組裝的蛋白（如某些膜蛋白或超大分子復合物），其成功率仍然有限。兔網織紅細胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機制??，能準確折疊多結構域蛋白。

體外蛋白表達技術的重點在于利用細胞裂解物中的生物合成機器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質。以大腸桿菌系統為例：首先制備含T7啟動子的線性DNA模板，將其與商業化裂解物（如RocheRTS100）、能量混合物（ATP/GTP）及20種氨基酸混合，在37℃振蕩反應2-4小時即可完成蛋白表達。整個過程無需細胞培養與基因轉染，速度比傳統方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白RBD結構域的體外表達只需6小時，而HEK293細胞系統需5天。該技術的關鍵優勢是開放體系的可編程性——可直接添加非天然氨基酸（如Azidohomoalanine）合成定制化蛋白，為藥物偶聯物開發提供高效平臺。體外蛋白表達需使用??不含質粒骨架的模板??以避免副反應。誘導型蛋白表達注意事項

PCR純化后的線性DNA模板可直接用于??大腸桿菌體外蛋白表達??。gst融合蛋白表達包涵體

盡管體外蛋白表達在科研領域優勢明顯，其規模化應用仍面臨三重挑戰：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網織紅細胞）的原料獲取與標準化生產難度大，單位成本遠超微生物發酵；反應體系穩定性不足： 蛋白酶/核酸酶導致的產物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續合成時間；產物濃度天花板： 當前比較好工藝的蛋白產量約5g/L，較CHO細胞系統（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續流灌注技術，提升經濟可行性gst融合蛋白表達包涵體