科研人必知：293F与HEK293细胞在蛋白表达中的不同“超能力”

在现代生命科学研究和生物制药产业中，重组蛋白的表达与制备几乎是绕不开的关键环节。无论是基础研究所需的信号通路蛋白、结构生物学研究所需的膜蛋白，还是抗体、疫苗、酶类等应用型蛋白药物，背后都离不开一个高效、稳定的蛋白表达系统。

在众多表达系统中，HEK293细胞及其衍生的293F细胞因其接近人源细胞的翻译后修饰能力、易于转染的特点而备受青睐。尽管它们源自同一“家族”，但在科研与应用层面却展现出不同的“超能力”。

一、HEK293细胞的“基础功”

HEK293（Human Embryonic Kidney 293）细胞源自人胚胎肾细胞，是1970年代首次建立的人源永生化细胞系之一。由于转染效率高、培养条件相对宽松，它很快成为了分子生物学研究中的明星细胞系。

HEK293在蛋白表达中的优势

1. 人源修饰体系：与细菌或酵母系统不同，HEK293能够进行正确的糖基化、磷酸化、二硫键形成等翻译后修饰，确保蛋白更接近天然状态。
2. 高转染效率：尤其是在脂质体转染、电转或PEI转染方法中，HEK293表现出显著优势。
3. 广泛的适用性：无论是瞬时表达还是稳定细胞系的构建，HEK293都能胜任。

HEK293在蛋白表达中的局限性

1. 贴壁依赖：经典的HEK293主要以贴壁状态生长，培养瓶或培养板的表面积成为限制其扩增的瓶颈。
2. 规模化不足：大规模生产受限于贴壁培养的操作复杂性和成本。

二、293F细胞的“升级版技能”

为克服贴壁培养的限制，科学家对HEK293进行了改造，发展出293F（Freestyle 293）等悬浮培养适应性细胞株。

293F的关键特点

1. 悬浮生长：293F无需贴壁，可在摇瓶或生物反应器中悬浮培养，大大提高了培养体积和产量。
2. 高密度培养：在优化培养基与条件下，293F可达1–2×10⁷ cells/mL的细胞密度。
3. 瞬时高效表达：利用293F进行瞬时转染，可在数天内获得大量目标蛋白，非常适合快速实验验证与中试。

293F在应用中的优势

1. 抗体生产：由于悬浮培养和人源修饰的双重优势，293F常用于小规模抗体制备。
2. 疫苗研发：多种病毒载体疫苗、蛋白亚单位疫苗均在293F体系中得到验证。
3. 结构生物学：对膜蛋白或糖蛋白等复杂结构的表达更接近体内真实状态。
4. 功能蛋白和酶类制备：293F能够快速表达复杂酶类或信号蛋白，为实验室药理学研究提供可靠蛋白来源。

三、不同“超能力”的实际案例

1. HEK293：探索蛋白功能的利器

信号通路研究：研究者利用HEK293表达受体蛋白，通过激动剂刺激，快速观察下游信号通路变化。

膜蛋白功能验证：HEK293因贴壁生长可方便进行免疫荧光和共聚焦显微镜实验，用于研究蛋白定位和相互作用。

药物筛选：小分子或抗体药物候选分子常通过HEK293表达的靶蛋白进行快速初步筛选。

2. 293F：产量与应用兼顾

单克隆抗体早期研发：利用293F瞬时转染，可在几天内获得大量抗体用于动物实验或体外药效学评估。

病毒蛋白亚单位疫苗制备：293F能够表达糖基化正确的病毒刺突蛋白，为疫苗研发提供可靠蛋白来源。

复杂蛋白结构解析：在结构生物学研究中，膜蛋白或糖蛋白需要接近天然状态的修饰，293F的高表达量满足了X射线晶体学或冷冻电镜所需蛋白量。

工业酶制备实验：部分功能酶或信号蛋白通过293F表达后，可直接用于体外生化实验或小规模应用验证，为后续大规模生产提供实验依据。

四、选择与优化策略

科研人员在选择HEK293还是293F时，需结合研究目标：

如果是小规模、快速验证 → 选择HEK293更为合适。

如果是大规模表达、抗体或疫苗研发 → 293F无疑是首选。

此外，还有一些优化策略：

培养基优化：293F通常使用无血清培养基，更利于纯化。

转染方法选择：PEI转染在293F中常用，成本低且效率高。

稳定细胞系构建：在需要长期表达的场景下，可考虑在HEK293中构建稳定株，再移植到悬浮培养体系。

HEK293与293F细胞，一个以简便、高效见长，一个以产量与应用为核心，各自拥有不同的“超能力”。对于科研人来说，理解并善用这两种细胞系，不仅能提升实验效率，还可能为新药研发和生物产业应用提供关键助力。