近年來，無血清培養基被廣泛應用于疫苗生產、單抗、活性蛋白等生物制品和細胞治療等的領域中，科研人員對無血清培養基的需求日益增加。無血清培養基中不含血清，為能夠實現與含血清培養基相似的維持和促進細胞生長的功能，需要添加如IGF和EGF等活性蛋白，以替代FBS等動物源性成分。這種替代有助于最大限度地降低產品的潛在的外源物質污染風險，提高工藝性能的一致性，并提高工藝收率。

胰島素樣生長因子（IGF）

由于胰島素具有促有絲分裂特性，因此在無血清培養基配方中常添加胰島素。然而，許多配方已用胰島素樣生長因子（IGF）替代胰島素，這主要是因為胰島素的主要作用是調節代謝過程，而IGF在促進細胞生長和分化方面更為有效。這種差異使IGF更適合用于體外培養細胞的擴增。

IGF家族包括胰島素、IGF-1 和 IGF-2。這些結構相關的肽及其受體在許多生物體的代謝和生長功能中發揮著重要而復雜的作用。IGF家族成員是三種受體的配體：胰島素受體 (IR)、IGF-1R和IGF-2R。前兩種受體結構相似，由二硫鍵連接的 α 鏈和 β 鏈的二聚體組成（圖 1），而IGF-2R的結構與之無關。通過 IR 傳遞的信號主要導致代謝過程，而通過 IGF-1R 傳遞的信號主要導致生長和分化 。IGF-2R 沒有已知的促生長作用，可能起到“清除”作用，控制體內 IGF-2 的水平和活性。此外，不同的受體對三種肽類生長因子具有不同的親和力。IGF-1R可以結合胰島素，從而增強胰島素的促有絲分裂功能，盡管其與胰島素的結合親和力遠低于 IGF-1。相反，胰島素受體能以極高的親和力結合胰島素，但與IGF-1的結合力卻很弱。受體對IGF家族各成員的交叉結合活性導致配體之間出現濃度依賴性的競爭。事實上，體外促進細胞生長所需的胰島素濃度遠高于IGF-1，這可能是因為胰島素的生長調控作用是通過IGF-1R增強的，而IGF-1R對胰島素的親和力遠低于胰島素受體(IR)。受體對這兩種配體親和力的差異表明，在無血清培養基配方中，應使用IGF-1代替胰島素。

圖1.IGF-1與其受體IGF-1R的結合以及IGFBP的調節^[1]

IGF-1 是一種由 70 個氨基酸組成的肽，含有 3 個二硫鍵，它與胰島素的同源性約為 49%，與 IGF-2 的同源性約為 61% 。約 80% 的 IGF-1 在肝臟中產生，并發揮全身性（內分泌）作用；而約 20% 在組織中局部產生，并以旁分泌或自分泌的方式發揮作用。IGF-1R在多種細胞和組織類型中表達 。因此，IGF-1/IGF-1R 通路在機體中具有廣泛的影響，并參與從胎兒生長到肌肉和骨骼修復，再到各種癌癥的合成代謝過程。通過 IGF-1R 的信號轉導可導致幾種可能的細胞內信號通路，包括絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路，該通路產生促有絲分裂信號，以及 PI3 激酶-Akt 通路，該通路抑制細胞凋亡并提高存活率。

IGF-1信號通路的強度和普遍性需要多層次的調控，包括受體-配體親和力、表達水平和肽的半衰期。關于半衰期，IGF-1與IGFBP結合，這些蛋白在其生物利用度中發揮調控作用。通常，IGF-1肽在體內的半衰期約為10分鐘（與胰島素類似）。然而，IGF-1在循環中最常見的形式是與IGFBP-3和酸不穩定亞基（ALS）形成復合物，這可將半衰期延長至12小時，并作為IGF-1的儲存庫。目前已知至少有6種IGFBP，它們在不同組織中的表達水平各不相同，且其抑制或激活作用也存在差異。在體內，IGFBP-3/ALS復合物攜帶成人血清中90%以上的IGF。該復合物對IGF-1的親和力高于IGF-1R，因此對IGF-1/IGF-1R相互作用具有抑制作用。IGFBP 的這種看似相反的活性，既限制了 IGF-1/IGF-1R 的相互作用，又延長了循環中 IGF-1 的可用性，是這種強大的生長因子復雜調控的一部分。

長效IGF-1(Long-Arg3 IGF-1, LR3 IGF-I)

LR3 IGF-I (Long Arginine 3 Insulin-like Growth Factor-1，LR3 IGF-I) 也稱為長效IGF-I，是一種 IGF-1 類似物，專為細胞培養而開發，用于促進細胞生長和細胞系中重組蛋白的表達。它最大限度地發揮了 IGF-1 的促生長功能，同時避免了圍繞IGF-1 進化而來的復雜調控通路相互作用。該蛋白的構建方法是：將IGF-1序列中第三位的帶負電荷的谷氨酸（E）替換為帶正電荷的精氨酸 (R)，并將肽鏈的 N 端延長 13 個氨基酸 (MFPAMPLSSLFVN)，該序列源自 Met-豬生長激素，其后接二肽 Val-Asn。這些修飾降低了 IGF-1 與 IGFBP 的結合，并增強了其生物活性。 Long-Arg3 IGF-1肽的開發是通過測試不同的IGF-1類似物實現的。在N端進行取代、缺失或插入的類似物比天然IGF-1具有更高的生物活性。例如，Arg3 IGF-1、Gly3 IGF和Des 1-3 IGF-1（缺失IGF-1的前3個氨基酸[Gly-Pro-Glu]）也比天然IGF-1具有更高的促生長潛力，但不如Long-Arg3 IGF-1。

圖2.LR3 IGF-I、天然 IGF-1 和胰島素的結構比較

圖3. LR3 IGF-1的氨基酸序列

  所有在細胞培養中對胰島素有生長反應的細胞類型都可能對 LR3 IGF-I 產生反應，但所需的濃度要低得多。它在體外和體內均具有更長的半衰期，并且與 IGFBP的親和力低，使其成為研究和大規模培養的理想選擇。當在無血清培養基中添加時，它能促進細胞增殖，并通過增強增殖和抗凋亡信號傳導來提高細胞存活率和生產力。

LR3 IGF-1與IGF-1和胰島素的區別

        LR3 IGF-1、IGF-1和胰島素的區別

LR3 IGF-I的作用機理及提高產率的原理

     與胰島素相比，LR3 IGF-I添加到無血清培養基中后不容易被降解，作用更持久，因此也叫長效IGF-1。與IGF-1相比，LR3 IGF-1生物活性更強，半衰期更長。所有的哺乳動物細胞都會分泌IGF結合蛋白（IGFBP），IGFBP會通過結合天然IGF-I阻止其激活下游通路來抑制IGF-1的左右。LR3 IGF-I中3號位置E取代R，同時結合了13氨基酸N端延長多肽，可使其對IGFBP的親和性降低>1000倍，這意味著有更多的LR3 IGF-1可以自由地與受體結合，因此它的生物活性和效力比天然IGF-1顯著提高。

      與胰島素不同，LR3 IGF-I可特異性地靶向并激活IGF-IR，從而導致下游信號級聯更高的激活，而后者與增值和抑制凋亡有關，這些關鍵通路更高的激活可獲得更高的細胞密度、更高的活性以及增強細胞培養產率。

重組人LR3 IGF-1的主要應用

Ø 細胞培養（無血清 / 低血清）：替代胰島素或天然 IGF1，高效支持干細胞、肌細胞、軟骨細胞、神經元等的增殖與存活，減少批次差異，適配GMP 級細胞治療藥物申報的上游工藝需求。

Ø 生物制藥生產：CHO、HEK293 等大規模哺乳動物培養，提升活細胞密度與重組蛋白表達量，支持抗體、疫苗、細胞治療產品生產。

Ø 基礎與轉化研究：類器官構建、干細胞 / 肌細胞 / 神經元 / 軟骨細胞培養；再生醫學、肌肉骨骼修復、神經保護等模型的促增殖與抗凋亡干預。

HiActi® Human LR3 IGF-1的優勢

Ø 高活性：生物活性是胰島素的200倍

Ø 高純度：SDS-PAGE電泳純度高達98%以上，處于行業領先水平

Ø 高活性：生物活性>6.7×10^5U/mg

Ø 低內毒素：小于0.01 EU/μg

Ø 高穩定：比胰島素更長效，更穩定，不用頻繁補加。能以極低濃度、極少的添加次數實現持久效果。

Ø 便于使用：無需酸溶，蒸餾水溶解后即可應用于細胞培養

Ø 適用于多種哺乳動物細胞培養：包括CHO，HEK293，Vero，PerC6，MDCK

產品數據

     SDS-PAGE

Human LR3 IGF-1Protein on SDS-PAGE under reduced (R) and non-reducing (R) conditions.

The purity is greater than 95%.

Bioactivity

Measured in a serum-free cell proliferation assay using human MCF-7 cells. The ED50 for this effect is 0.3-1.5 ng/ml, corresponding to a specific activity of ≥ 6.7×10? U/mg.

LR3 IGF-1 是長效、高活性、低代謝干擾的強效促生長因子，在促增殖、穩定性、細胞友好性上全面優于胰島素，是無血清培養與細胞治療工藝的理想替代。

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參考文獻

[1].Thomas H. Ermak, Ph.D. and Amanda Flies, Ph.D. Quantitation of LONG®R3 IGF-I during production and purification of recombinant proteins from cell culture. Cell Sciences, Inc.