榮雅昕，王英超，張耀方，盧順嬌，周倩，陳慧慧

（天津農學院基礎科學學院，天津 300384）

SUMO是存在于真核生物中起相關修飾作用的一類蛋白質，具有調節蛋白轉運、相互作用，維持基因完整性等多種功能[1-3]。SUMO家族有4個成員，其蛋白長度略有差別：SUMO1由101個氨基酸組成，SUMO2有103個氨基酸，而SUMO3和SUMO4只有95個氨基酸。目前，對SUMO家族成員的研究已經成為今后一段時期的研究熱點。

1 SUMO融合表達系統的優點[4]

與傳統的蛋白融合標簽，如多聚組氨酸標記、融合八個氨基酸的親水性多肽、麥芽糖結合蛋白等相比，SUMO融合表達系統除了具備促進可溶性的特性外，還具有以下優點。

1.1 抗蛋白酶降解

在細胞內，蛋白酶解受到嚴密調控，重組的蛋白質極易被降解。以SUMO作為融合標簽進行表達時，可以降低細胞內蛋白酶的敏感性，提高融合蛋白的穩定性。

1.2 提高蛋白的折疊率

大腸桿菌大量表達含有二硫鍵的蛋白時，常形成錯誤的非活性包涵體結構。以SUMO作為融合標簽在大腸桿菌中進行表達，可以增強融合蛋白的溶解性，提高蛋白質的折疊率。

1.3 提高重組蛋白表達量

蛋白質的表達量與多種因素相關，而重組蛋白的表達量與轉錄的延伸、翻譯的加強緊密相關。以SUMO作為融合標簽進行表達，能夠在一定程度上抵抗蛋白酶的降解，促進蛋白質的折疊，從而間接地提高了蛋白質的表達量。王中原[5]研究發現，人SUMO01、SUMO02融合標簽改善了基質金屬蛋白酶13的可溶性，增強了綠色熒光蛋白的表達水平和可溶性。武陽[6]發現MT在SUMO融合表達系統中表達量更高。

1.4 無誤地切除融合標簽且快速高效，酶切條件寬松

SUMO作為表達標簽，酶切后得到的蛋白質保持了天然結構，便于日后的功能分析。酶切條件寬松（溫度4～37 ℃，pH5.5～10.5、2mol/L尿素），切除快速高效，準確無誤。

2 原核生物中的SUMO融合表達

SUMO融合表達系統因種種優勢，目前已經被廣泛應用于以大腸桿菌為代表的原核表達系統中。Li等在中國家蠶中分離出抗菌肽CM4，通過rPCR克隆到pET32a載體上，構建了融合表達質粒。使用SUMO蛋白酶進行切割，效率達到90%以上[7]。某些抗菌肽，如IDR1、MX226、LL37、CRAMP、HHC-10和E5等對大腸桿菌具有毒性，不適宜與大腸桿菌融合進行融合表達。SUMO融合標簽則完美地解決了這一問題，該融合標簽可以有效屏蔽抗菌肽對宿主菌的毒性。SUMO也應用于多聚體表達，JF Li等[8]為了提高CM4在大腸桿菌中的表達水平，對CM4基因串聯重復序列分別克隆到表達載體pSUMO上構建出新的表達載體pSUMO-2CM4。融合蛋白SUMO-2CM4經鎳柱螯合層析純化，用鹽酸羥胺裂解釋放重組CM4，102L培養物中獲得4802mg重組CM4，純度大于96%。此外，SUMO也可以與硫氧還蛋白作為融合標簽共同使用。Li[9]在研究中發現，在SUMO/肽的連接點，LL-37抗菌肽被SUMO蛋白酶裂解產生N-末端。利用凝膠色譜分離釋放出的肽段。平均每1 L細菌培養能夠得到2.4mg抗菌肽。質譜分析證明，重組肽的分子量在理論上是預期的。所產生的肽對大腸桿菌K-12具有抗菌活性。SUMO融合表達在枯草芽孢桿菌表達系統中同樣得到很好的應用。Chen等[10]融合了抗菌肽基因與小泛素樣修飾（SUMO）基因和基因信號肽，在枯草芽孢桿菌表達構建了一種基于操縱子基因修飾的枯草芽孢桿菌細胞系統。包括異丙基-D-半乳糖苷（IPTG）誘導的啟動子Spac、amyQ信號肽、SUMO蛋白酶基因。從1L培養的上清液中可以分離純化出30.6mg的重組蛋白，純化的抗菌肽AD對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌性較強。肖亮[11]以4種人源SUMO蛋白作為融合標簽，構建4種融合表達載體—pSl、pS2、pS3、pS4。比較4種SUMO-tag促表達和促溶效果的高低，研究發現，以SUMO1作為融合標簽時，對于P53和GFP兩種重組蛋白的促表達和促溶效果是最好的。有切割的SENPICP53和GFP兩種重組蛋白的促表達和促具有較好的可溶性。張杰[12]建立了一種新的在大腸桿菌中促蛋白可溶性高效表達系統。ELP-SUMO融合蛋白大多數以可溶形式表達，質譜結果表明得到的重組蛋白分子量與天然蛋白一樣，目的蛋白具有活力。

3 真核生物中的SUMO融合表達

利用大腸桿菌作為宿主菌進行表達時，常出現蛋白質錯誤折疊、蛋白質降解和溶解度低的情況。真核生物在蛋白表達時，會利用自身的蛋白酶進行校正，減少了錯誤的發生。真核生物細胞內存在內源SUMO蛋白酶，會切除SUMO融合蛋白，限制了SUMO作為融合標簽的應用[13-14]。為了解決此類問題，Butt等[15]制備了一種納米結構水溶膠的自組裝肽。利用自身誘導方法在pET載體上成功表達SUMO融合蛋白。親和層析純化融合蛋白，SUMO蛋白酶用反相高效液相色譜法回收水中的肽。結果表明，融合蛋白產量高，β-結構肽效率高。由SUMO蛋白酶釋放出來產生的不含額外氨基酸殘基的肽，回收率為46%～99%。此外，Lifesensors公司相繼開發出SUMOstar蛋白酶1和SUMOpro蛋白酶2，以此突破SUMO作為融合標簽在真核生物外源蛋白表達時的障礙。Liu等[15]開發了一種可獲得的SUMOstar融合標簽，測試了幾種鼠UBP43、人類胰蛋白酶βⅡ、USP4、USP15和GFP蛋白質在昆蟲內的表達。研究結果表明，SUMOstar融合蛋白的表達水平與之前相比至少增強4倍，證明SUMOstar融合標簽可以有效阻止細胞內SUMO蛋白酶的切割，并在一定程度上增加蛋白的表達。

4 結語

盡管SUMO在蛋白表達方面具有良好的優勢，但將其規模化應用還具有一定的限制性。在某些方面，它的蛋白表達水平仍然低于其他的融合標簽，今后有關SUMO的表達應用還需進一步摸索。

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[15]Liu L, Spurrier J, Butt TR, et al. Enhanced Protein Expression in the Baculovirus/Insect Cell System Using Engineered SUMO Fusions[J].Protein Expr Purif,2008,62(1):21-28.