超氧化物歧化酶是重组展動物、植物和微生物中普遍存在的人源一類酶，是超氧生物抗氧化係統的第一道防線，也是化物體內唯一能夠特異性清除氧自由基的抗氧化酶。SOD為金屬酶，歧化按其結合的酶研金屬離子種類不同，目前已知的究进SOD主要分為三類，即Cu/Zn-SOD（SOD1）、重组展Mn-SOD（SOD2）和Fe-SOD（SOD3）。人源人體內外源化合物在各種酶的超氧作用下會產生氧自由基，氧自由基在SOD的化物催化作用下轉變為過氧化氫，體內的歧化過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）會立即將其分解為完全無害的水（圖1）。當生物體沒有足夠多的酶研SOD時，活性氧將會大量累積，究进如不能及時清除就會引發氧化損傷，重组展導致機體損害，比如堿基突變、DNA鏈斷裂、膜脂過氧化和蛋白質損傷等，從而加速衰老或導致疾病。除了抗氧化作用外，SOD還具有抗炎、抗腫瘤及調控免疫等重要作用，並且在免疫防禦中起殺死病毒的作用。SOD具有廣泛的醫療價值，臨床上可用SOD治療和預防急性炎症和水腫、氧中毒、肺氣腫、輻射病、老年性白內障及衰老等。此外，SOD還可以作為食品和化妝品的添加劑。
國外主要從牛羊等動物的血液中提取SOD，國內主要從豬的血液中提取SOD。動物來源的SOD存在與人交叉感染、過敏性反應等不良現象。此外，因為瘋牛病等致病因子的傳播，從動物血液中提取SOD的安全性受到嚴重質疑。歐盟於1999年已禁止將動物來源的SOD用於人類醫療和保健。但因為從動物血液中提取SOD成本低、工藝簡單，至今無法全麵禁止。天然SOD在應用方麵有其局限性：①半衰期短（5～10min），代謝迅速；②異源性—由於天然SOD的製劑多來源於動物或微生物，對人體來說存在免疫原性問題；③不易透皮或透膜，吸收困難。天然SOD屬於大分子蛋白，在細胞膜上沒有專一受體，難以迅速進入細胞內發揮作用。多年來人們一直不斷嚐試各種方法來獲取SOD並改造其結構和性質，從而拓展其應用範圍。常用的方法有化學修飾法、SOD模擬化合物和基因工程法等，其中通過基因工程技術獲取和改造SOD的相關研究發展尤為迅速。1983年，Sherman等首次克隆得到人源Cu/Zn-SOD（hCu/Zn-SOD）的cDNA序列，為通過基因工程獲取和改造SOD奠定了基礎。近年來，科學家們通過基因工程技術，並結合細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程等技術，大大推動了重組SOD在醫藥領域的應用。目前，基因工程在工業化生產SOD中的地位愈發重要，與化學修飾法和SOD模擬化合物方法相比，基因工程廣開酶源，潛力巨大，是降低SOD生產成本和獲得無抗原性人源SOD的有效途徑。
目前，關於SOD的綜述有很多，研究者們分別從SOD的來源、分類、功能和催化機理等方麵進行了總結，並列舉了SOD在醫學、農業、化妝品和食品開發等方麵的應用現狀及前景。本文重點綜述了重組人源SOD的研究策略與進展，以期為SOD的理論研究與實際應用提供參考。
一、表達係統的選擇
選擇合適的表達係統是決定重組人源SOD高效表達的重要因素（表1）。在選擇蛋白表達係統時，需要考慮的主要因素是蛋白活性、可溶性、得率及培養周期等。
1、大腸杆菌表達係統
在各種表達係統中，最早開展研究的是大腸杆菌表達係統，它也是目前最成熟的表達係統。大腸杆菌表達係統具有遺傳背景清楚、表達量高、繁殖快、成本低、穩定性好、抗汙染能力強和產物容易純化等優點。張弘浩等將人源SOD基因導入大腸杆菌，得到包涵體形式的重組蛋白，經過尿素處理、透析，重組蛋白由包涵體轉化為可溶性蛋白。研究指出Cu2+、Zn2+的加入對於恢複SOD的活性和穩定性是必不可少的，且適當提高溫度將大大縮短複性時間，獲得的重組人源SOD比活力可達到6000U/mg以上。Zhu等克隆了人源胞外超氧化物歧化酶的cDNA，並在大腸杆菌中進行了重組表達，得到包涵體形式的重組蛋白。通過尿素處理獲得可溶性蛋白，並通過固定化金屬親和層析柱對重組hEC-SOD進行逐步複性，得到了正確折疊的二聚體蛋白和單體蛋白，兩種蛋白的比活力分別為3475U/mg和510U/mg，二聚體的活性明顯高於單體。
大腸杆菌表達係統雖有許多優點，但存在蛋白不能正確折疊、易形成包涵體、密碼子體係與真核生物差別較大、翻譯後修飾不完善和內毒素等應用瓶頸。
2、酵母表達係統
酵母表達係統可高水平表達蛋白，並具有翻譯後修飾功能，兼具原核與真核表達係統的優點，因此在基因工程領域中得到日益廣泛的應用。其中甲醇酵母表達係統是目前應用最廣泛的酵母表達係統，並以畢赤酵母應用最多。釀酒酵母分泌外源蛋白效率低，且大規模發酵時產生的乙醇會影響菌體自身生長，因此難以進行高密度發酵。林士森等將hEC-SOD在畢赤酵母中表達，從上清液中獲得重組蛋白，經純化後測得重組蛋白的比活力為1700U/mg。鄭屹峰等以表達hCu/Zn-SOD的重組畢赤酵母為出發菌株，采用甲醇-甘油混合飼喂的方法進行5L發酵罐高密度發酵培養，最終獲得的重組hCu/Zn-SOD比活力達到13539U/ml。畢赤酵母表達體係表達的重組蛋白能夠直接分泌至胞外，故有利於工業化分離與純化，其表達的蛋白能夠形成二硫鍵、進行糖基化修飾等，且表達量高。然而，畢赤酵母表達體係不足之處在於使用甲醇作為誘導劑，具有一定危害，且糖基化與哺乳動物細胞有所不同。
3、植物表達係統
植物表達係統能夠表達來自病毒、細菌和動物等的蛋白，易於大規模培養與生產，在基因表達及修飾方麵也有獨特的優勢。目前已在煙草、水稻、紅花和馬鈴薯等植物中實現了許多外源蛋白的表達。由於煙草具有生物產量高、轉化簡單、不進入食物鏈及生物安全風險小等優勢，因此成為目前發展最成熟的植物表達體係。Park等通過植物瞬時表達係統在煙草葉細胞中表達出具有催化活性的重組hEC-SOD，為植物表達係統生產重組SOD開啟了新的大門。但由於利用植物表達生產外源蛋白相關技術起步較晚，部分技術並非特別成熟，因此目前利用植物係統生產目的蛋白與其他係統相比尚不具備競爭力。
3、昆蟲細胞表達係統
20世紀80年代起，以杆狀病毒為載體的外源基因表達體係日趨成熟，極大促進了昆蟲細胞表達係統的發展。昆蟲細胞表達係統既能表達原核基因也能表達真核基因，並兼具了原核表達係統產量高和真核表達係統蛋白翻譯後修飾的優點。昆蟲細胞表達載體采用了昆蟲核型多角體病毒中多角體蛋白基因的強啟動子，可以實現很多真核蛋白的有效表達。常用的宿主細胞則來源於草地貪夜蛾的Sf-9和Sf-21細胞係。範立強等將hEC-SOD基因插入昆蟲杆狀病毒供體質粒pFastBacHTb中，再將其轉染粉紋夜蛾細胞Tn-5B1-4，SDS-PAGE和Westernblot結果顯示hEC-SOD在粉紋夜蛾細胞中成功表達，其細胞裂解物中的hEC-SOD比活力為260U/mg。Shrestha等將全長和截短的hEC-SOD基因分別克隆到供體質粒pFastBacHTb，並轉染到SF9杆狀病毒表達係統，也成功表達出了有活性的全長和截短的hEC-SOD，且Westernblot顯示重組hEC-SOD同時以單體（33kD）和二聚體（66kD）形式存在。
昆蟲細胞表達係統可以同時表達數個外源基因，在生產蛋白複合體時尤其有效。目前，昆蟲表達係統已經廣泛應用於疫苗生產和重組病毒殺蟲劑等眾多領域。但由於鱗翅類昆蟲的蛋白加工路徑和高等真核生物不同，且杆狀病毒感染可能對宿主的蛋白加工具有負麵影響，因此其應用還存在一定的限製。
5、哺乳動物細胞表達係統
一般通過質粒轉染或病毒載體感染的方法在哺乳動物細胞中表達外源蛋白。利用病毒表達體係可以快速感染細胞，在幾天內使外源基因整合到病毒載體中，而利用質粒轉染獲得穩定的轉染細胞則需要幾周甚至幾個月時間。Lu等采用編碼hCu/Zn-SOD和hEC-SOD的兩個序列，以及山羊β-酪蛋白的5'端和3'端的調控元件，構建了乳腺特異性表達載體，通過共轉染法製備山羊胚胎成纖維細胞作為供體細胞，Westernblot檢測顯示重組hCu/Zn-SOD和hEC-SOD在轉雙基因山羊乳腺中均有表達。聯合酶聯免疫吸附試驗（ELISA）顯示，重組hCu/Zn-SOD的表達量為100.14mg/L，重組hEC-SOD的表達量為279.10mg/L。酶活性測定結果顯示，羊奶中重組hCu/Zn-SOD和hEC-SOD的總生物活性為1451U/ml。這些結果證明了哺乳動物細胞具有生產重組SOD的潛力。
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