六碳糖可以被细胞高效利用，葡萄糖作为六碳糖的一种，是培养基中的主要碳源。每个细胞每天对葡萄糖的需求量约为1~10 pmol，葡萄糖含量过低可能导致糖蛋白合成异常，如异常前体抗体的产生、蛋白质的附着、糖基化位点改变等。葡萄糖代谢过程如图1所示，主要是通过糖酵解产生丙酮酸，丙酮酸进入三羧酸（TCA）循环，从而产生能量。在糖酵解的过程中，75%~80%的丙酮酸会产生乳酸，乳酸积累会影响细胞生长、蛋白表达、产品质量如糖基化修饰等，另外乳酸的积累还会使培养体系pH下降，需补加碱液以维持细胞生长所需pH，进而使得培养体系渗透压增加。控制葡萄糖的消耗速率是降低乳酸积累的最有效途径，主要从两个方面实现：一方面是降低培养体系中的葡萄糖浓度，使细胞在低糖浓度下生长，通过补料的方式补加葡萄糖可以控制培养体系的糖浓度；另一方面是采用其它碳源替代葡萄糖，例如果糖、半乳糖和甘露糖，果糖吸收速率过慢，代谢通量低，可以与葡萄糖一起使用；代谢流分析实验表明在两者都存在的情况下细胞会优先消耗葡萄糖，这有利于减少乳酸形成，同时增加乳酸消耗；半乳糖和甘露糖会对产物的糖基化产生影响，在某些情况下可以使用这两种糖调整最终产物糖型。过低的葡萄糖浓度还会导致UDP-GlcNAc的利用率降低，从而改变抗体的糖基化修饰。糖化是蛋白翻译后修饰的一种，对蛋白的异质性、稳定性和生物学活性等方面产生影响。葡萄糖浓度是影响单克隆抗体糖化程度和糖化速率的主要因素，在细胞培养后期降低葡萄糖浓度，能够有效减少单抗的糖化水平。

图1 葡萄糖的代谢途径

图片来源：罗氏诊断整理

培养体系若缺乏谷氨酰胺，轻则会使细胞的对数生长期延迟，重则会使细胞停止生长。每个细胞每天对谷氨酰胺的需求量约为1~5 pmol。谷氨酰胺的代谢途径如图2所示，谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用发生脱酰胺作用，生成谷氨酸，谷氨酸继续脱酰胺基生成α-酮戊二酸，进入三羧酸循环参加多条代谢途径，一方面完全氧化生成二氧化碳，另一方面不完全氧化生成乳酸；谷氨酸的消耗也会产生氨，氨浓度的增加会改变电化学梯度并使细胞内环境酸化，从而破坏酶活性导致细胞凋亡。使用谷氨酰胺的替代物可以减少副产物的产生，比如谷氨酰胺基二肽、谷氨酸以及谷氨酰胺的衍生物等。此外，谷氨酰胺容易自发降解，有研究报道，在37℃下，谷氨酰胺在2~3天可以完全降解，在冷藏温度下保存6个月后，谷氨酰胺会降解约30%。为了解决谷氨酰胺降解的问题，可在培养体系中加入商业化GlutaMAX，GlutaMAX-I是一种二肽——L-丙氨酰-L-谷氨酰胺，在水溶液中，会逐步水解成谷氨酰胺，提供稳定谷氨酰胺浓度。谷氨酰胺不仅影响细胞的生长代谢，也会影响抗体的糖基化修饰，在一些项目中，谷氨酰胺浓度的增加会引起G0F比例增加和G1F/G2F比例降低，以及总的半乳糖化率降低。

图2 谷氨酰胺的代谢途径

图片来源：罗氏诊断整理

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