科學通報 | 北京生命科技研究院陳勇團隊系統綜述植物生物反應器技術發展與應用前景

近日，北京生命科技研究院陳勇團隊在《科學通報》發表了題為“基于植物生物制造的疫苗和藥物研發”的綜述，系統闡述了植物生物反應器技術的發展歷程與應用前景。文章重點分析了該技術在生產成本及生物安全方面的核心優勢，并通過多款已上市生物藥物案例，展示了其在疫苗、治療蛋白等領域的產業化進展。同時，文章深入探討了當前面臨的技術瓶頸與標準化挑戰，為植物源生物制品的產業化發展提供了重要參考。

植物生物反應器是指利用煙草、水稻、胡蘿卜等完整植株、植物組織或懸浮細胞作為生產載體，通過基因工程手段實現外源蛋白或目標天然產物規模化合成的一類生物制造系統。其核心在于將植物轉化為“活體工廠”，實現重組蛋白或藥物分子的高效生產。作為一種新興的生物技術路徑，植物源生物制造在生物醫藥領域展現出了顯著的發展潛力。相較于原核表達系統，植物生物反應器具備進行復雜翻譯后修飾的能力。其特有的糖基化修飾不僅與蛋白功能密切相關，還可發揮天然佐劑的作用，增強抗原的免疫原性，從而減少對外加佐劑的依賴。與動物細胞表達系統相比，植物培養所需的基礎條件（光、水、簡單營養基質）更易獲取，且溫室設施的建設成本通常低于大型生物反應器的投入，這使得植物系統的運行成本更為經濟，對資源條件有限的發展中國家尤其具有吸引力。而且植物本身不受哺乳動物相關病原體（如動物病毒、朊病毒）的侵染，從源頭上避免了傳統生產體系中潛在的動物源性污染風險，具備突出的生物安全性優勢。隨著農桿菌介導的瞬時轉化技術日趨成熟，目標基因可在數日內高效遞送至植物細胞并快速表達外源蛋白。這種快速響應能力，使其成為應對新發傳染病（如疫苗和診斷試劑的緊急生產）以及滿足小規模、個性化醫療需求（例如生產用于治療非霍奇金淋巴瘤的患者特異性抗體）的理想平臺。

文章系統回顧了植物生物制造領域近半個世紀發展歷程中的關鍵突破與里程碑事件。自1989年美國Scripps研究所在煙草中首次成功表達功能性抗體以來，該領域已實現從概念驗證到多元化產品落地的跨越。代表性案例如：以色列Protalix公司利用胡蘿卜懸浮細胞生產的重組人葡萄糖腦苷脂酶（Elelyso?），于2012年獲FDA批準用于戈謝病治療，成為全球首個植物源人用蛋白質藥物；2022年加拿大Medicago公司基于煙草生產的病毒樣顆粒新冠疫苗（COVIFENZ?）獲加拿大衛生部批準，成為全球首款植物源人用疫苗；2025年中國禾元生物利用水稻胚乳細胞生產的重組人血清白蛋白注射液（奧福民?）在國內獲批上市，用于治療肝硬化低白蛋白血癥。此外，植物平臺還在抗體藥物（如抗齲齒抗體CaroRx?）、禽用疫苗（新城疫病毒疫苗）、畜用酶制劑（玉米表達植酸酶）及應急抗體藥物（煙草表達埃博拉抗體ZMapp ）等領域成功實現應用。這些里程碑表明，植物生物反應器已發展成為涵蓋疫苗、治療性蛋白、血液制品等多類生物制品的成熟生產平臺。北京生命科技研究院的研究團隊正積極融入這一創新浪潮，探索以煙草為代表的植物生物反應器的規模化生產路徑。

圖 1 植物生物反應器可生產多種蛋白制品與小分子藥物

此外，文章還梳理分析了植物生物反應器在市場化進程中所面臨的一系列技術瓶頸與監管挑戰。植物表達系統在蛋白質合成能力上雖與哺乳動物細胞相近，但由于植物細胞體積較大，單位培養體積內細胞密度較低，導致重組蛋白的整體產率仍然有限。在純化工藝方面，植物系統常依賴細胞破碎來釋放目標蛋白，這一過程會伴隨大量宿主蛋白、次級代謝物等雜質的溶出，不僅增加了后續分離步驟的復雜度，也顯著提高了純化成本。此外，植物特異性糖基化修飾可能引發不必要的免疫反應，需要通過糖基化工程手段進行人源化改造，以提升產品的生物相容性。從產業化角度看，植物源蛋白制品目前尚未形成統一的國際生產標準與監管體系，不同植物平臺之間的技術路徑差異較大，導致工藝通用性低、定制化成本高。多數企業仍傾向于選擇技術成熟的哺乳動物細胞或微生物表達系統，使得植物體系雖在研發階段積累頗豐，卻難以實現大規模商業化應用，呈現出顯著的“研發?轉化”斷層。因此，推動植物生物反應器走向成熟，不僅需要持續優化表達與純化等關鍵技術，更需構建跨領域的協作生態，統籌推進標準化建設、監管框架完善與產業鏈整合，從而加速植物源生物制品的產業化進程。

北京生命科技研究院陳勇與付亞寧為本文的通訊作者，北京生命科技研究院謝芬與李悅怡是本文的共同第一作者，云南煙草農業科學研究院白戈與北京生命科技研究院博士后浩天驕參與了文稿的修改校對，中國科學院微生物所高福院士與馨智生物劉科芳研究員為本文的寫作、構思提供了重要幫助。

相關研究得到了國家重點研發計劃青年科學家項目（2025YFA0924000）、國家自然科學基金重大研究計劃培育項目（92578125）與北京生命科技研究院（2024500CC0230）的資助。

文章信息

謝芬，李悅怡，白戈，等.基于植物生物制造的疫苗和藥物研發. 科學通報, 2026

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2025-5652.

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