體外蛋白表達系統的明顯缺陷在于 缺乏真核細胞器結構，導致關鍵翻譯后修飾難以實現：糖基化不完整性： 裂解物中缺乏高爾基體轉運機制，只能生成高甘露糖型等簡單糖鏈，無法合成復雜雙觸角N-糖；磷酸化/乙酰化失衡： 激酶/磷酸酶網絡不完整，使信號通路蛋白的修飾狀態與生理條件差異明顯；二硫鍵錯配風險： 氧化還原環境調控不足導致多二硫鍵蛋白錯誤折疊率升高。這些局限使體外蛋白表達在 zhi liao性抗體等需精確修飾的蛋白生產中應用受限。兔網織紅細胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機制??，能實現復雜酶活性分子的功能性蛋白表達。常用蛋白表達方法

無細胞蛋白表達技術的模板可以是線性DNA（如PCR產物）或環狀質粒，需包含啟動子（如T7/T3/SP6）和核糖體結合位點（RBS）以啟動轉錄翻譯。為提升效率，系統可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進二硫鍵形成。部分高級系統（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實現更高可控性，但成本較高。無細胞蛋白表達技術可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴展了蛋白質的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細胞蛋白表達技術系統能準確將熒光標記或交聯基團嵌入目標蛋白，用于結構生物學或藥物偶聯開發。更前沿的應用是人工生命體系的構建，如利用無細胞蛋白表達技術合成噬菌體或人工細胞雛形，結合微流控技術模擬細胞內代謝網絡，為合成生物學研究提供可控的簡化模型。分泌型蛋白表達市場現狀體外蛋白表達需使用??不含質粒骨架的模板??以避免副反應。

無細胞蛋白表達技術（CFPS）根據反應體系的設計可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎的形式，反應在單一試管中進行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產物積累，表達時間通常只4小時，適合小規模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應液與緩沖液分層，延長反應時間至8-20小時，日本CFS公司的產品采用此設計。連續交換式（CECF）通過半透膜連接反應室與供應室，持續補充底物并移除副產物，可將反應延長至24小時，產量明顯提高（如德國RTS系統的1mL及以上規模產品）

盡管體外蛋白表達在科研領域優勢明顯，其規模化應用仍面臨三重挑戰：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網織紅細胞）的原料獲取與標準化生產難度大，單位成本遠超微生物發酵；反應體系穩定性不足： 蛋白酶/核酸酶導致的產物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續合成時間；產物濃度天花板： 當前比較好工藝的蛋白產量約5g/L，較CHO細胞系統（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續流灌注技術，提升經濟可行性??scFv 抗體片段的體外蛋白表達??在4小時內完成，較傳統CHO 細胞系統提速 10 倍。

體外蛋白表達系統的本質是利用 純化的細胞裂解物（含核糖體、tRNA、翻譯因子及能量再生組分）重構蛋白質合成機器。在ATP/GTP供能條件下，核糖體通過mRNA模板介導的密碼子-反密碼子配對，驅動氨基酸按序列聚合成肽鏈。該過程的關鍵調控點包括：翻譯起始效率（受5'UTR二級結構及Shine-Dalgarno序列影響）、延伸速率（依賴EF-Tu/G因子濃度）和終止準確性（釋放因子RF1/2活性）。體外蛋白表達的高效性源于其 去除了細胞膜屏障，使反應底物濃度可人為提升至生理水平的10-100倍，大幅加速肽鏈合成動力學。例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內。膜蛋白表達發展前景

大腸桿菌體外蛋白表達的單次反應成本（$1.5）只為哺乳細胞系統的 1/50。常用蛋白表達方法

無細胞蛋白表達技術在快速響應公共衛生事件和jun shi應用中表現突出。例如，在COVID-19期間，無細胞蛋白表達技術被用于數小時內合成病毒抗原，加速疫苗候選物篩選。美國DARPA支持的“生物制造”項目利用凍干無細胞蛋白表達技術試劑，在戰場環境中按需生產止血蛋白或抗體，實現便攜式、無需冷鏈的即時生物制造。這類場景凸顯了無細胞蛋白表達技術在時效性和環境適應性上的不可替代性。根據應用需求，無細胞蛋白表達技術可整合非天然氨基酸（通過修飾tRNA）、脂質體（用于膜蛋白表達）或翻譯后修飾酶（如糖基化酶）。常用蛋白表達方法