近年来，无血清培养基被广泛应用于疫苗生产、单抗、活性蛋白等生物制品和细胞治疗等的领域中，科研人员对无血清培养基的需求日益增加。无血清培养基中不含血清，为能够实现与含血清培养基相似的维持和促进细胞生长的功能，需要添加如IGF和EGF等活性蛋白，以替代FBS等动物源性成分。这种替代有助于最大限度地降低产品的潜在的外源物质污染风险，提高工艺性能的一致性，并提高工艺收率。

胰岛素样生长因子（IGF）

由于胰岛素具有促有丝分裂特性，因此在无血清培养基配方中常添加胰岛素。然而，许多配方已用胰岛素样生长因子（IGF）替代胰岛素，这主要是因为胰岛素的主要作用是调节代谢过程，而IGF在促进细胞生长和分化方面更为有效。这种差异使IGF更适合用于体外培养细胞的扩增。

IGF家族包括胰岛素、IGF-1 和 IGF-2。这些结构相关的肽及其受体在许多生物体的代谢和生长功能中发挥着重要而复杂的作用。IGF家族成员是三种受体的配体：胰岛素受体 (IR)、IGF-1R和IGF-2R。前两种受体结构相似，由二硫键连接的 α 链和 β 链的二聚体组成（图 1），而IGF-2R的结构与之无关。通过 IR 传递的信号主要导致代谢过程，而通过 IGF-1R 传递的信号主要导致生长和分化。IGF-2R 没有已知的促生长作用，可能起到“清除”作用，控制体内 IGF-2 的水平和活性。此外，不同的受体对三种肽类生长因子具有不同的亲和力。IGF-1R可以结合胰岛素，从而增强胰岛素的促有丝分裂功能，尽管其与胰岛素的结合亲和力远低于 IGF-1。相反，胰岛素受体能以极高的亲和力结合胰岛素，但与IGF-1的结合力却很弱。受体对IGF家族各成员的交叉结合活性导致配体之间出现浓度依赖性的竞争。事实上，体外促进细胞生长所需的胰岛素浓度远高于IGF-1，这可能是因为胰岛素的生长调控作用是通过IGF-1R增强的，而IGF-1R对胰岛素的亲和力远低于胰岛素受体(IR)。受体对这两种配体亲和力的差异表明，在无血清培养基配方中，应使用IGF-1代替胰岛素。

图1.IGF-1与其受体IGF-1R的结合以及IGFBP的调节^[1]

IGF-1 是一种由 70 个氨基酸组成的肽，含有 3 个二硫键，它与胰岛素的同源性约为 49%，与 IGF-2 的同源性约为 61% 。约 80% 的 IGF-1 在肝脏中产生，并发挥全身性（内分泌）作用；而约 20% 在组织中局部产生，并以旁分泌或自分泌的方式发挥作用。IGF-1R在多种细胞和组织类型中表达。因此，IGF-1/IGF-1R 通路在机体中具有广泛的影响，并参与从胎儿生长到肌肉和骨骼修复，再到各种癌症的合成代谢过程。通过 IGF-1R 的信号转导可导致几种可能的细胞内信号通路，包括丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 通路，该通路产生促有丝分裂信号，以及 PI3 激酶-Akt 通路，该通路抑制细胞凋亡并提高存活率。

IGF-1信号通路的强度和普遍性需要多层次的调控，包括受体-配体亲和力、表达水平和肽的半衰期。关于半衰期，IGF-1与IGFBP结合，这些蛋白在其生物利用度中发挥调控作用。通常，IGF-1肽在体内的半衰期约为10分钟（与胰岛素类似）。然而，IGF-1在循环中最常见的形式是与IGFBP-3和酸不稳定亚基（ALS）形成复合物，这可将半衰期延长至12小时，并作为IGF-1的储存库。目前已知至少有6种IGFBP，它们在不同组织中的表达水平各不相同，且其抑制或激活作用也存在差异。在体内，IGFBP-3/ALS复合物携带成人血清中90%以上的IGF。该复合物对IGF-1的亲和力高于IGF-1R，因此对IGF-1/IGF-1R相互作用具有抑制作用。IGFBP 的这种看似相反的活性，既限制了 IGF-1/IGF-1R 的相互作用，又延长了循环中 IGF-1 的可用性，是这种强大的生长因子复杂调控的一部分。

长效IGF-1(Long-Arg3 IGF-1, LR3 IGF-I)

LR3 IGF-I (Long Arginine 3 Insulin-like Growth Factor-1，LR3 IGF-I) 也称为长效IGF-I，是一种 IGF-1 类似物，专为细胞培养而开发，用于促进细胞生长和细胞系中重组蛋白的表达。它最大限度地发挥了 IGF-1 的促生长功能，同时避免了围绕IGF-1 进化而来的复杂调控通路相互作用。该蛋白的构建方法是：将IGF-1序列中第三位的带负电荷的谷氨酸（E）替换为带正电荷的精氨酸 (R)，并将肽链的 N 端延长 13 个氨基酸 (MFPAMPLSSLFVN)，该序列源自 Met-猪生长激素，其后接二肽 Val-Asn。这些修饰降低了 IGF-1 与 IGFBP 的结合，并增强了其生物活性。 Long-Arg3 IGF-1肽的开发是通过测试不同的IGF-1类似物实现的。在N端进行取代、缺失或插入的类似物比天然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个氨基酸[Gly-Pro-Glu]）也比天然IGF-1具有更高的促生长潜力，但不如Long-Arg3 IGF-1。

图2.LR3 IGF-I、天然 IGF-1 和胰岛素的结构比较

图3. LR3 IGF-1的氨基酸序列

所有在细胞培养中对胰岛素有生长反应的细胞类型都可能对 LR3 IGF-I 产生反应，但所需的浓度要低得多。它在体外和体内均具有更长的半衰期，并且与 IGFBP的亲和力低，使其成为研究和大规模培养的理想选择。当在无血清培养基中添加时，它能促进细胞增殖，并通过增强增殖和抗凋亡信号传导来提高细胞存活率和生产力。

LR3 IGF-1与IGF-1和胰岛素的区别

LR3 IGF-1、IGF-1和胰岛素的区别

参数	Insulin	IGF-1	LR3 IGF-1
中文名	胰岛素	胰岛素样生长因子-1	长型胰岛素样生长因子-1
蛋白来源	重组表达	重组表达	重组表达
分子结构	异源二聚体	单体	单体
分子量	5.8 kDa(51个氨基酸）	7.6 kDa(70个氨基酸）	9.1 kDa(83个氨基酸）
受体	胰岛素受体（IR）	IGF-1受体（IGF-IR）	IGF-1受体（IGF-IR）
与IGF-1受体结合的亲和力生物学效应	低亲和力促进细胞生长	高亲和力促进细胞生长	高亲和力促进细胞生长
与胰岛素受体结合的亲和力生物学效应	高亲和力调节细胞代谢	低亲和力调节细胞代谢	低亲和力调节细胞代谢
与IGF结合蛋白（IGFBP）的结合	不结合	高亲和力	低亲和力
在细胞培养过程中的稳定性	比较不稳定	稳定	很稳定
无血清培养基中的添加剂量是否高于生理浓度	1-10mg/L 远高于（约100倍）	10-100μg/L 不高于	10-100μg/L 不高于

LR3 IGF-I的作用机理及提高产率的原理

与胰岛素相比，LR3 IGF-I添加到无血清培养基中后不容易被降解，作用更持久，因此也叫长效IGF-1。与IGF-1相比，LR3 IGF-1生物活性更强，半衰期更长。所有的哺乳动物细胞都会分泌IGF结合蛋白（IGFBP），IGFBP会通过结合天然IGF-I阻止其激活下游通路来抑制IGF-1的左右。LR3 IGF-I中3号位置E取代R，同时结合了13氨基酸N端延长多肽，可使其对IGFBP的亲和性降低>1000倍，这意味着有更多的LR3 IGF-1可以自由地与受体结合，因此它的生物活性和效力比天然IGF-1显著提高。

与胰岛素不同，LR3 IGF-I可特异性地靶向并激活IGF-IR，从而导致下游信号级联更高的激活，而后者与增值和抑制凋亡有关，这些关键通路更高的激活可获得更高的细胞密度、更高的活性以及增强细胞培养产率。

重组人LR3 IGF-1的主要应用

Ø 细胞培养（无血清 / 低血清）：替代胰岛素或天然 IGF1，高效支持干细胞、肌细胞、软骨细胞、神经元等的增殖与存活，减少批次差异，适配GMP 级细胞治疗药物申报的上游工艺需求。

Ø 生物制药生产：CHO、HEK293 等大规模哺乳动物培养，提升活细胞密度与重组蛋白表达量，支持抗体、疫苗、细胞治疗产品生产。

Ø 基础与转化研究：类器官构建、干细胞 / 肌细胞 / 神经元 / 软骨细胞培养；再生医学、肌肉骨骼修复、神经保护等模型的促增殖与抗凋亡干预。

HiActi® Human LR3 IGF-1的优势

Ø 高活性：生物活性是胰岛素的200倍

Ø 高纯度：SDS-PAGE电泳纯度高达98%以上，处于行业领先水平

Ø 高活性：生物活性>6.7×10^5U/mg

Ø 低内毒素：小于0.01 EU/μg

Ø 高稳定：比胰岛素更长效，更稳定，不用频繁补加。能以极低浓度、极少的添加次数实现持久效果。

Ø 便于使用：无需酸溶，蒸馏水溶解后即可应用于细胞培养

Ø 适用于多种哺乳动物细胞培养：包括CHO，HEK293，Vero，PerC6，MDCK

产品数据

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 ≥ 6.7×10⁵ U/mg.

LR3 IGF-1 是长效、高活性、低代谢干扰的强效促生长因子，在促增殖、稳定性、细胞友好性上全面优于胰岛素，是无血清培养与细胞治疗工艺的理想替代。

相关产品

产品货号	产品名称	规格
92210ES	HiActi® Recombinant Human LR3 IGF-1 Protein 重组人长效胰岛素样生长因子	5μg/100μg/ 1mg/5mg
92211ES	HiActi® Recombinant Human IGF-1 Protein 重组人胰岛素样生长因子-1	10μg/100μg/ 500μg/1mg
40112ES	Insulin human recombinant 重组人胰岛素	25mg/100mg/500mg/1g

参考文献

[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.