SUMO标签的由来与发明者
SUMO（Small Ubiquitin-like Modifier）是一类与泛素结构相似的翻译后修饰蛋白，于1996年在酵母中首次被发现其作用于蛋白的修饰（如 RanGAP1）。研究者进一步发现，从酵母到哺乳动物，在真核细胞中广泛存在SUMO化修饰，这一发现为SUMO后续的工具化奠定了基础。
将SUMO用作融合标签（SUMO-tag），最早是在2004–2005年间由 Malakhov、Butt等人提出，并在大肠杆菌（E.coli）系统中验证其可增强融合蛋白的表达和可溶性。该技术后来被Life Sensors等公司推广，并于2009年进一步系统总结了SUMO作为融合标签在原核和真核表达系统中的应用优势。
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SUMO标签成功应用案例
rFGF21 的高效表达与纯化
研究用SUMO标签融合 FGF21，表达于大肠杆菌中，成功显著提升可溶性——SUMO-FGF21表达量占总蛋白30%，且可溶性超过95%。经SUMO蛋白酶切除标签后，目标蛋白纯度 >96%，展示其在生理活性重组蛋白制备上的巨大潜力。
抗菌肽 Abaecin 的异源表达
为了工业化表达抗菌肽 Abaecin，在质粒构建中使用 6×His-SUMO作为标签，在原核系统（如 E.coli）中表达，成功提高表达水平和可溶性，且通过 SUMO Protease（特异性酶）切除标签后，获得活性片段仍具目标功能。
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SUMO 融合标签的优势
SUMO作为蛋白表达融合标签具有以下突出优势：
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增强可溶性与表达量：SUMO 帮助目标蛋白正确折叠、减少聚集，提升可溶性与产量。
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担任分子伴侣角色：提供折叠帮助，类似分子伴侣功能。
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高度耐受性：对高温、蛋白酶等具有良好稳定性。
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精准剪切：SUMO的三级结构被 SUMO-protease（如Ulp1）识别，实现准确切除；相比于TEV、3C等酶无需留残基。
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标签分子量小：比 MBP、GST 更轻，降低对目标蛋白功能的干扰。
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SUMO标签的未来展望
1.工程 SUMO 标签以适应真核系统
SUMOstar 是通过理性突变（如 R64T 和 R71E）构建的抗 Ulp1 解旋酶的变体，有望在真核表达系统（如哺乳动物细胞）中使用，避免被内源性 SUMO 蛋白酶切除，可显著提升哺乳动物细胞中难表达蛋白的产量。
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SUMOstar 是一种针对真核表达系统专门优化的 SUMO 标签变体，通过引入关键点突变，使其能够耐受内源性 SUMO 蛋白酶的切割，同时保留融合蛋白表达增强与可溶性的优势。具体内容包括： SUMOstar 标签承载了 R64T 和 R17E 两处关键点突变，这两处突变位于 Ulp1结合界面上，可有效破坏与内源性 SUMO 蛋白酶的结合，从而避免在真核细胞中被切除；同时，SUMOstar 本身只能被对应的工程化 SUMOstar 蛋白酶特异性切割。 在昆虫细胞系统中（如 Sf9 细胞 / Baculovirus 系统），SUMOstar–GFP 融合显著提升了融合蛋白表达水平，并且几乎不会被内源性蛋白酶切除，与普通 SUMO–GFP 融合相比效果更优 。 这些理性设计使得 SUMOstar 成为一个适用于真核系统（包括昆虫细胞、哺乳动物细胞等）的高效融合标签。 |
2.产业化与平台整合
未来可望开发出适用于更广表达系统（包括真核和原核）的“通用SUMO-tag + 配套蛋白酶”商业平台，进一步提高表达效率、可溶性控制与后续纯化便捷性。
参考文献
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维基百科. SUMO protein [EB/OL]. (最后更新日期: 2025-06-15) [引用日期: 2025-08-09].https://en.wikipedia.org/wiki/SUMO_protein
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Malakhov MV, Butt TR et. Fusion to SUMO enhances recombinant protein expression in E. coli.（2004–2005）Panavas T, Sanders C, Butt TR. SUMO fusion technology for enhanced protein production in prokaryotic and eukaryotic expression systems. Methods Mol Biol. 2009.
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Ren et. High-level expression and purification of soluble recombinant FGF21 using SUMO fusion in E. coli. BMC Biotechnol (2009)
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Park, S.-C., Kim, J.-Y., Jeong, C., Lee, J. K., & Hahm, K.-S. (2019). Construction of a novel vector for efficient expression and purification of antimicrobial peptide Abaecin using SUMO fusion in Escherichia coli. BMC Biotechnology, 19(1), 10. https://doi.org/10.1186/s12896-019-0506-x
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Yuan, J.-J., Geng, S.-L., Wang, T.-Y., & Zhang, X.-L. (2025). Research progress fusion tags for recombinant protein production. Biotechnology and Applied Biochemistry. Advance online publication. https://doi.org/10.1002/bab.2749