利用轉基因動物（包括綿羊，山羊，豬，大鼠，奶牛等） 生產各種重組蛋白和工程疫苗是近年來的熱點之一。但是，轉基因動物研究過程中存在許多問題，例如生產重組蛋白所需時間長、生產量過低等。相對而言，昆蟲細胞表達系統（包括桿狀病毒表達系統和穩定轉化細胞系統）所需時間較短，效率更高，特別是昆蟲桿狀病毒表達系統已被廣泛地應用於高等真核生物蛋白的生產，它是利用攜帶有外源目的基因的重組病毒做載體在昆蟲體內或培養細胞內進行表達的一個生產系統。因為昆蟲細胞與哺乳動物細胞翻譯和翻譯後蛋白修飾的模式與能力相似，包括糖基化、磷酸化和蛋白其他後加工等。在桿狀病毒表達系統中，培養的細胞和昆蟲幼蟲或蛹都可用於重組蛋白的生產，多數情況下，重組蛋白被加工、修飾並運送到細胞中合適的位置，獲得所期望的生物學活性。
在傳統的桿狀病毒表達系統中為了構建重組桿狀病毒，必須用桿狀病毒和轉移質粒轉染培養細胞，並且獲得的病毒滴度較低。為了改善傳統昆蟲桿狀病毒的重組效率低，耗時長且麻煩的的缺點，Luckow等成功開發了一種快速、高效產生重組AcMNPV 病毒的技術。即利用細菌轉座子原理，在大腸桿菌內就能完成重組病毒的構建，取名為Bac-to-Bac 表達系統，意即從細菌（bacterium）到桿狀病毒（baculovirus），革命性地改變了重組昆蟲桿狀病毒地構建方法。
雖然昆蟲桿狀病毒表達系統已經成功表達了上千種重組蛋白，但由於各種原因目的蛋白的產量通常很難達到較高的水平。雖然多角體啟動子非常強大，但驅動外源基因時往往遠低於野生病毒多角體蛋白的生產效率。隨著時代的發展，人類對各種有用蛋白的需求越來越大，重組蛋白的應用範圍更加廣泛，包括蛋白質的生物學研究、工程疫苗、醫用蛋白等，這就要求桿狀病毒表達系統更加完善，關鍵技術上不斷改進，外源蛋白的表達量進一步提高。
1 抑制蛋白降解提高重組蛋白表達水平
利用BEVS 表達的重組蛋白，常因存在著蛋白質降解而導致其產量下降的問題。這是因為BEVS是一個裂解性的系統，在病毒感染和表達過程中，病毒本身也表達出蛋白酶，特別是半胱氨酸蛋白酶vcath，會對重組目的蛋白進行降解。在BmNPV 和AcNPV 基因組中，均有半胱氨酸蛋白酶基因，該基因位於病毒基因組第127 個閱讀框架，由323 個氨基酸組成。由於半胱氨酸相互結合而形成的二硫鍵在蛋白質的高級結構中發揮著極為重要的作用，因此保護半胱氨酸不受降解是非常重要的。
Suzuki 等在BmNPV 基因組中用β-半乳糖苷酶基因融合hsp70 啟動子來取代半胱氨酸蛋白酶，獲得螢火蟲熒光素酶的高效表達。Richard 等人從AcMNPV 基因組中刪除半胱氨酸組織蛋白酶和幾丁質酶基因，增強分泌的重組蛋白穩定性。這些改造主要有利於重組蛋白通過細胞分泌途徑的轉移，防止蛋白一旦被釋放於培養體系中就被降解。在此基礎上他們又刪除了病毒基因P26、P10 和P74 基因，結果發現報告基因β-半乳糖苷酶（β-gal）和綠色熒光蛋白（EGFP）的表達水平顯著提高。Hiyoshi 等在BmNPV 基因組中刪除半胱氨酸蛋白酶基因，獲得GFPuv-β1，3-N-乙酰葡糖胺轉移酶2（β3GnT2）融合蛋白（GGT2）的高效表達。與傳統BmNPV 獲得的蛋白酶活性相比，刪除幾丁質酶基因的BmNPV 所感染家蠶幼蟲的蛋白酶活性降低了85%，GGT2 降解也有所降低，β3GnT 活性改善了30%。此外，Park 指出同時刪除幾丁質酶與半胱氨酸蛋白酶基因的BmNPV中β3GnT 活性要比未改造的BmNPV 高2.8 倍。Ishikiriyama 等人用刪除幾丁質酶基因和刪除幾丁質酶與半胱氨酸蛋白酶基因的BmNPV 在血淋巴中高效表達人類抗牛血清清蛋白（BSA）單鏈Fv（scFv）片段，比用未改造的BmNPV 高3.8~4.3 倍，因為Bm－NPV 半胱氨酸蛋白酶所引起降解受到了明顯抑制。蛋白降解一直以來是影響蛋白表達水平的主要問題，雖然是BEVS 系統自身固有的問題，但並非不能解決。通過改造桿狀病毒基因組，刪除導致重組蛋白降解的蛋白酶基因，減輕和降低重組蛋白的降解，保證了外源基因表達產物的穩定，有效提高了BEVS系統的表達效率。
2 合理調控目的基因的轉錄
根據目前的研究，BEVS 中多角體啟動子控制下外源基因的表達水平通常遠不如多角體蛋白的表達水平。針對這個課題國內外進行了很多研究。已有的研究表明，緊靠多角體基因上游的序列對基因的轉錄調節極為重要。當外源基因5’端加有1～58 個多角體蛋白的氨基酸編碼序列以融合蛋白形式表達時，效果最好。Possee 等報道起始密碼子ATG 上游69bp 是啟動子發揮最大活性所必需的，但是減少至56bp 時活性降低為90%。但Johnson 等報道帶有啟動子和ATG 後5 個鹼基的多角體序列融合外源基因時，其表達水平可相當於野生型多角體基因水平。Summers 等對多角體基因5’端進行突變，構建了一系列融合外源基因（氯黴素乙酰轉移酶、β-半乳糖、組織血漿酶原激活因子）的表達載體，用SDS-PAGE和RNA 斑點分析外源目的基因轉錄的mRNA 和表達蛋白的水平，結果表明當多角體基因編碼序列的一部分與外源基因融合時，可觀察到最高的外源基因表達量和多角體基因相關mRNA 水平。這些研究結果表明多角體基因啟動子上游序列對外源蛋白的基因轉錄非常重要，轉錄效率的提高會增加蛋白質的翻譯水平，雖然詳細機理目前尚不清楚。
此外，多角體基因的下游序列也會對外源基因的表達產生影響。改變外源基因的終止子密碼，會對目的基因的轉錄效率產生影響，另外在目前開發的桿狀病毒轉移載體中，為提高表達效率在3’端常添加真核增強因子如SV40 序列等。
3 啟動子類型的影響
目前，BEVS 中最常用的啟動子有多角體Polh（polyhedrin）啟動子和P10 啟動子，此外還有鹼性啟動子以及少數早期啟動子。同一外源基因在不同啟動子控制下，表達水平有很大差異。研究發現，分泌類蛋白使用P10 啟動子或鹼性啟動子的效果較好。P10 啟動子的活性僅次於polh 啟動子，在核內多角體形成的過程中，P10 蛋白參與了細胞核和細胞質中大量纖維狀結構的形成。雖然p10 和polh 都在感染晚期大量表達，但並非同時進行。P10 蛋白的最高表達水平比多角體蛋白稍低一些，但表達卻早一些。p10 啟動子的轉錄、翻譯都要比polh 提前12~24 h，可以讓重組蛋白得到更好的轉錄後加工修飾。然而p10 基因缺失不能產生可識別的表型差異，不利於篩選重組病毒，所以p10 啟動子在表達外源蛋白方面的應用並不廣泛。
桿狀病毒的感染過程可分為三個階段：早期、晚期和極晚期。桿狀病毒基因表達是在轉錄水平上調節的，每個階段基因複製和表達依賴於前一階段基因的表達。早期基因擁有能被宿主識別的啟動子功能序列，其表達產物參與或調控病毒基因的複製和晚期基因的表達。昆蟲體內早期基因表達產物增多或大量積累晚期和極晚期基因表達所需的相關蛋白和RNA，重組蛋白的表達水平也會顯著提高。王厚偉指出向家蠶體表噴射昆蟲保幼激素可促進外源基因的表達。這是因為保幼激素能抑制澱粉酶及蛋白分解酶的活性，也能抑制家蠶後部絲腺細胞內自噬體和溶酶體的產生及數量，延遲細胞液化，這與桿狀病毒感染晚期對細胞的裂解作用相抗衡，由於病毒表達時間延長，在蠶體內積累了大量的病毒複製和外源基因表達所需的相關蛋白和RNA。也有研究報道，向病毒基因組中添加病毒DNA 元件也可以顯著增加蛋白的表達水平。加入同源區1（hr1）和同源區3（hr3）序列區域可使熒光素酶的產量增加。同樣，在重組病毒基因組中摻入一個來自龍蝦原肌球蛋白cDNA 的5’非翻譯前導序列的21 bp 元件，使原肌球蛋白和熒光素酶的產量分別提高了20 倍和7 倍，該5’非翻譯前導序列包含Kozak 序列和發現於多角體前導序列的富含A 序列。桿狀病毒同源重複區（hr1）序列是分散在桿狀病毒基因組中的重複序列，已有研究證明hrl 既是桿狀病毒複製原點，又具有增強子的作用。增強作用盡管在感染初期不明顯，但在感染後期，變得比較顯著。從機理上說，這些序列都有利於RNA 聚合酶與啟動子的結合，從而提高外源基因的轉錄。
4 利用活體昆蟲進行目的基因的表達
與昆蟲培養細胞相比，利用昆蟲幼蟲或蛹能夠顯著提高目的基因的表達水平。家蠶幼蟲中已高效表達了許多真核生物蛋白。Maeda 等第一次用BmNPV在家蠶幼蟲的血淋巴中生產出人類α-干擾素。曾有報道，家蠶幼蟲血淋巴中小鼠白介素-3 的活性分別比家蠶卵巢細胞（BmN）和非洲綠猴腎細胞（COS）中高20 倍和10，000 倍。感染家蠶的血淋巴中的丁酰膽鹼酯酶活性分別比BmN 細胞和中國大鼠卵巢細胞（CHO）中的高23 和280 倍。通過杆狀病毒表達系統可利用昆蟲活體大規模生產各種重組蛋白。目前的研究已經表明，家蠶血液內存在能夠顯著促進病毒感染和表達的特殊蛋白質，如Promoting Protein。
儘管昆蟲桿狀病毒表達系統存在一些不足之處，但它在農業、基礎分子生物學以及醫學領域都具有極其重要的應用價值。隨著對這一表達系統的基礎理論研究的不斷深入，其調控機理也將越來越清晰明瞭，新的調控因子及強的增強子也可能被發現。根據目前的研究，產生了許多能夠提高外源基因表達水平的技術，如抑制目的蛋白降解、合理調控目的基因的轉錄、優化啟動子類型以及利用活體昆蟲而非培養細胞，如家蠶幼蟲或蛹進行表達等。利用不斷髮展的技術將昆蟲改造為高效蛋白表達的技術平臺具有極其誘人的前景。
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