無(wú)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(guò)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(guò)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(guó)RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）添加0.5 mM鎂離子可優(yōu)化??小麥胚芽體外蛋白表達(dá)??的翻譯起始效率。分泌蛋白表達(dá)服務(wù)

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的開(kāi)放體系特性使其對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境極為敏感。裂解物中的酶活性會(huì)隨凍融次數(shù)下降，需分裝保存并避免反復(fù)凍融；反應(yīng)中核酸酶殘留可能導(dǎo)致模板降解，常需額外添加抑制劑（如RNasin）。此外，不同批次的裂解物活性可能存在差異，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以重復(fù)。例如，某研究組發(fā)現(xiàn)同一模板在連續(xù)三次實(shí)驗(yàn)中蛋白產(chǎn)量波動(dòng)達(dá)30%，后來(lái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化裂解物制備流程（如固定細(xì)胞生長(zhǎng)OD值）才解決該問(wèn)題。這些細(xì)節(jié)要求使得CFPS的操作容錯(cuò)率較低。桿狀病毒蛋白表達(dá)注意事項(xiàng)例如HIV蛋白酶在通過(guò)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)。

體外蛋白表達(dá)技術(shù)的重點(diǎn)在于利用細(xì)胞裂解物中的生物合成機(jī)器（核糖體、tRNA、翻譯因子）在試管中直接合成蛋白質(zhì)。以大腸桿菌系統(tǒng)為例：首先制備含T7啟動(dòng)子的線性DNA模板，將其與商業(yè)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(yīng)2-4小時(shí)即可完成蛋白表達(dá)。整個(gè)過(guò)程無(wú)需細(xì)胞培養(yǎng)與基因轉(zhuǎn)染，速度比傳統(tǒng)方法快10倍以上。例如，COVID19刺突蛋白R(shí)BD結(jié)構(gòu)域的體外表達(dá)只需6小時(shí)，而HEK293細(xì)胞系統(tǒng)需5天。該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是開(kāi)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(lián)物開(kāi)發(fā)提供高效平臺(tái)。

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）雖然具有快速、靈活等優(yōu)勢(shì)，但仍存在一些關(guān)鍵缺點(diǎn)。首先，成本較高，商業(yè)化裂解物、能量試劑和酶的價(jià)格昂貴，小規(guī)模實(shí)驗(yàn)單次反應(yīng)成本可達(dá)數(shù)百元，大規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性尚未完全解決。其次，蛋白產(chǎn)量較低，反應(yīng)通常在幾小時(shí)內(nèi)終止，產(chǎn)量（0.1-1 mg/mL）遠(yuǎn)低于細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)（如大腸桿菌可達(dá)10 mg/mL以上）。此外，復(fù)雜蛋白表達(dá)受限，原核裂解物缺乏真核翻譯后修飾能力（如糖基化），而真核裂解物成本更高；部分蛋白可能因折疊不完全而喪失活性。技術(shù)操作上，反應(yīng)條件（pH、離子強(qiáng)度等）需精細(xì)調(diào)控，且線性DNA模板易降解，增加了實(shí)驗(yàn)難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應(yīng)用，在超長(zhǎng)蛋白（>100 kDa）表達(dá)和工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來(lái)需通過(guò)開(kāi)發(fā)低成本試劑、優(yōu)化能量再生系統(tǒng)和自動(dòng)化工藝來(lái)突破這些瓶頸。??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。

無(wú)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(wú)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(guó)DARPA支持的“生物制造”項(xiàng)目利用凍干無(wú)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(wú)需冷鏈的即時(shí)生物制造。這類(lèi)場(chǎng)景凸顯了無(wú)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(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可整合非天然氨基酸（通過(guò)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）。當(dāng)體外蛋白表達(dá)效率不足時(shí)，需檢測(cè)模板完整性并優(yōu)化啟動(dòng)子強(qiáng)度。常用蛋白表達(dá)下調(diào)

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。分泌蛋白表達(dá)服務(wù)

無(wú)細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其適用于快速生產(chǎn)zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如，在COVID-19期間，研究人員利用CFPS在幾小時(shí)內(nèi)合成COVID-19刺突蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域，大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗(yàn)證。此外，該技術(shù)可高效表達(dá)傳統(tǒng)細(xì)胞系統(tǒng)難以生產(chǎn)的毒性蛋白（如某些抗ai藥物靶點(diǎn)）或易降解蛋白（如細(xì)胞因子），并支持非天然氨基酸插入，為抗體藥物偶聯(lián)物（ADCs）的開(kāi)發(fā)提供準(zhǔn)確修飾平臺(tái)。相比哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)（通常需要1-2周），CFPS可在24小時(shí)內(nèi)完成從基因到蛋白的全流程，明顯縮短藥物發(fā)現(xiàn)周期。分泌蛋白表達(dá)服務(wù)