转基因奶牛将人类胰岛素分泌提高了10倍

由于胰腺细胞受损，无法依靠自身供应，1 型糖尿病患者需要注射胰岛素来维持生命。一些 2 型糖尿病患者也是如此。据世界卫生组织估计，在全世界需要胰岛素的1.5 亿至 2 亿人中，只有约一半的人正在接受胰岛素治疗。在许多中低收入国家和一些高收入国家，胰岛素的供应仍然不足，而胰岛素的成本和不可获得性已得到充分证实。

在伊利诺伊大学香槟分校农业、消费与环境科学学院动物科学系和圣保罗大学最新发表的一项研究中，研究人员称，他们可能已经开发出一种利用奶牛消除胰岛素匮乏并降低其成本的方法。没错，就是奶牛。

这项研究的通讯作者马特-惠勒（Matt Wheeler）说："大自然把乳腺设计成了一个工厂，可以非常非常高效地制造蛋白质。我们可以利用这一系统生产一种蛋白质，帮助全世界数亿人。"

在人体内，胰岛素最初是其蛋白质前体--原胰岛素，然后才转化为活性形式。如今糖尿病患者使用的注射用胰岛素是通过将实验室制造的人类胰岛素基因植入细菌 DNA 而产生的。细菌被放入大型发酵罐中，利用该基因生产人胰岛素，然后将其提取和纯化，用作药物。

能产生人类胰岛素的转基因奶牛

在目前的研究中，研究人员将一段编码前胰岛素的人类 DNA 植入十个奶牛胚胎的细胞中，这些胚胎被植入巴西普通奶牛的子宫中。植入后，一头转基因牛犊诞生了。所谓"转基因"，是指生物体中含有从非相关生物体中人工引入的 DNA。这里使用的人类 DNA 只针对产奶组织，即乳腺组织的表达。当然，奶牛的乳腺通常被称为乳房。

惠勒说："以前，我们只是把 DNA 植入其中，希望它能表达你想要的意思。"如今，我们可以更具战略性和针对性。使用乳腺组织专用的DNA构建体意味着奶牛的血液或其他组织中不会有人类胰岛素循环。它还利用了乳腺生产大量蛋白质的能力"。

当小牛发育成熟后，给它注射荷尔蒙，刺激它第一次泌乳。虽然泌乳量比正常情况下要少，但研究人员发现其中含有人类胰岛素和令人惊讶的胰岛素。

"我们的目标是制造胰岛素原，将其纯化为胰岛素，然后从那里开始，"惠勒说。 "但基本上是牛自己处理的。 她生产的生物活性胰岛素与胰岛素原的比例约为三比一。 乳腺是一个神奇的东西。"

胰岛素和胰岛素原的含量为每升牛奶几克。 由于泌乳是由激素诱导的，而且产奶量比预期要少，研究人员无法确切地说出奶牛在典型的泌乳期间会产生多少胰岛素。 但他们愿意冒险进行（保守的）猜测； 如果被证明是正确的，这个数字将是惊人的。

如果一头奶牛每升牛奶能产生一克胰岛素，而一头典型的荷斯坦奶牛（其产奶量超过任何其他品种的奶牛）每天能产 40 至 50 升牛奶，那么胰岛素的用量就非常大。特别是考虑到一个国际单位（IU）的胰岛素相当于 0.0347 毫克纯结晶胰岛素。

惠勒说："这意味着每克相当于 28,818 个单位的胰岛素。而这仅仅是一升，荷斯坦牛每天可以生产 50 升。你可以算一算。"

根据 Wheeler 的计算，以 10 个单位的上限剂量计算，一升转基因牛奶提供的胰岛素足够糖尿病人吃 2881 次午餐，差不多是八年的量。当然，午餐只是一天中的一餐，但胰岛素的用量仍然很大。

在某种程度上，我们已经走过了一个完整的轮回。1922 年 1 月，在多伦多大学的一次临床试验中，14 岁的伦纳德-汤普森接受了从动物胰腺中提取的牛肉（牛）胰岛素注射，这标志着胰岛素首次被用于治疗人类糖尿病。直到 1998 年，美国才停止生产牛胰岛素（2006 年停止生产猪胰岛素）。

研究人员计划重新克隆这头奶牛，并乐观地认为，下一代奶牛的泌乳周期会更长。他们最终希望培育出转基因公牛与母牛交配，从而培育出转基因牛犊，用于建立专门生产胰岛素的牛群。

惠勒说，即使是一小群能生产人胰岛素的奶牛，也能很快超越现有的胰岛素生产方法，而且不需要高技术设施或基础设施。"要在牛奶中大量生产胰岛素，你需要专门的、健康状况良好的设施来饲养奶牛，但这对我们成熟的乳品业来说并不是什么太离谱的事，我们知道我们在奶牛身上做了什么"。

在转基因奶牛为全球糖尿病患者提供胰岛素之前，除了要获得美国食品及药物管理局的批准之外，还需要一个高效的收获和提纯系统。但惠勒相信，我们无需等待太久。

惠勒说："我可以预见，在未来，相当于伊利诺伊州或威斯康星州一个小型奶牛场的 100 头牛群就能生产出该国所需的全部胰岛素。更大的牛群呢？可以在一年内生产出全世界所需的全部胰岛素。"

这项研究发表在《生物技术杂志》上。