糖尿病是一種全球性疾病，有超過 4.2 億人（世界人口的 6%）患有糖尿病，預計到 2030 年這一數(shù)字將激增至 5 億，到 2045 年將激增至 7 億。全世界糖尿病患者人數(shù)的增加將導致對胰島素的需求隨之增加。此外，對負擔得起的胰島素的需求未得到滿足，尤其是在低收入和中等收入國家。許多完全依賴胰島素生存的 1 型糖尿病患者無法獲得胰島素。對于需要胰島素治療的 6000 萬 2 型糖尿病患者，其中有二分之一的人由于價格問題而沒有獲得胰島素（WHO 2021）。

注射胰島素對于治療 1 型和 2 型糖尿病都很重要，重組人胰島素已被證明比提取的胰島素具有顯著優(yōu)勢。對于胰島素的生產，報道有兩種不同的生產方法。在第一種方法中，胰島素的 A 鏈和 B 鏈作為包涵體分別在細菌中培養(yǎng)。然后，對兩條鏈進行單獨純化，然后進行化學結合，之后進行最終的純化步驟。在第二種技術中，胰島素原在大腸桿菌中的表達采用色氨酸啟動子的形式，以蛋氨酸與胰島素原相連。溴化氰 (CNBr) 用于切割連接，然后通過正確的二硫鍵形成折疊肽，并最終通過酶促作用消除 C 肽。優(yōu)選采用“胰島素原路線”，因為它只需要單一的發(fā)酵和純化程序，與雙鏈組合方法相比，生產過程更加高效。

除了使用細菌作為宿主系統(tǒng)外，酵母也被用于胰島素的商業(yè)生產。商業(yè)上使用的主要酵母菌株是釀酒酵母和畢赤酵母?；诮湍傅谋磉_系統(tǒng)產生分泌到培養(yǎng)物上清液中的可溶性胰島素前體。使用細菌和酵母作為表達系統(tǒng)各有利弊。通過細菌包涵體途徑生產前體胰島素通常會產生更高的產物濃度和生產率。與生物活性治療性蛋白的可溶性表達相比，包涵體具有良好的機械穩(wěn)定性并且能夠抵抗蛋白水解降解。在下游純化方面，與需要從培養(yǎng)上清液中去除大量宿主細胞蛋白雜質的分泌蛋白相比，包涵體中的目標蛋白也以更純和更濃縮的狀態(tài)分離。與宿主蛋白相比，由于包涵體的大小和密度不同，因此從包涵體中分離肽也更容易。

使用大腸桿菌作為大規(guī)模重組胰島素生產的表達系統(tǒng)具有生長速度高、培養(yǎng)基要求簡單、易于操作、產量高和成本效益高的優(yōu)點。大腸桿菌也有很好的遺傳學特征，并且有大量的突變宿主菌株和克隆載體可供使用。然而，大腸桿菌的包涵體生產途徑需要復雜的處理，例如溶解和重折疊程序，以獲得功能齊全的多肽。對于大多數(shù)生物制藥公司而言，大腸桿菌仍然是生產重組胰島素的首選宿主系統(tǒng)，在大多數(shù)情況下，人胰島素及其類似物在包涵體中表達。胰島素類似物是合成產生的胰島素變體，其氨基酸序列與天然人胰島素不同。已經進行了此類改變以更接近地模擬人體中胰島素分泌的正常生理模式。

處在大腸桿菌包涵體中的單鏈胰島素前體分子大多被錯誤折疊。從細胞中提取包涵體，洗滌，然后溶解前體分子。胰島素原的產生需要肽折疊和二硫鍵的伴隨形成。酶促反應后，再折疊的前體分子通過去除 C 鏈和 N 端融合肽而轉化為異二聚體胰島素分子。需要各種層析純化步驟來去除宿主細胞蛋白質、核酸、細胞膜碎片和消化副產物，以產生高度純化的產品。

從大腸桿菌包涵體中純化重組人胰島素/類似物的下游工藝很復雜，涉及多個步驟，不同公司建立的工藝流程的細節(jié)通常是其專有的。每一步采用的方法都會對下一步的產品純度和收率產生重大影響，因此在開發(fā)和優(yōu)化方面做深入的考量和研究。