表現系統的選擇是重組蛋白質從基因設計到臨床應用的關鍵決策點。不同宿主的轉錄/翻譯機器、翻譯後修飾能力和培養規模化特性，直接決定蛋白質產品的品質屬性（quality attributes）和生產經濟性。
原核表現系統的最佳化策略
E. coli 作為最成熟的表現宿主，其最佳化涉及多個層次。密碼子最佳化（codon optimization）調整目標基因的密碼子使用偏好以匹配宿主的 tRNA pool——罕見密碼子（如 AGG/AGA for Arg, AUA for Ile）會導致翻譯暫停和框移錯誤。BL21(DE3) 搭配 T7 啟動子系統（Studier & Moffatt, 1986）是最廣泛使用的組合：IPTG 誘導 T7 RNA 聚合酶的表現，後者專一性地轉錄目標基因。
包涵體（inclusion bodies）形成是 E. coli 高表現的常見問題。對策包括：降低誘導溫度（18-25°C 促進正確折疊）、使用融合標籤（MBP、SUMO、thioredoxin 促進溶解性）、共表現分子伴護蛋白（GroEL/ES、DnaK/DnaJ/GrpE、trigger factor）。包涵體也可視為優勢——高純度的聚集體可透過變性-復性（denaturation-refolding）程序回收活性蛋白質，避免宿主蛋白酶的降解。
E. coli 的主要限制是缺乏真核翻譯後修飾機器，特別是 N-linked 醣基化。近年 GlycoDelete E. coli（DeLisa 團隊）透過導入 Campylobacter 的 N-linked 醣基化途徑實現了簡化版的醣基化，但與人類醣基化模式仍有顯著差異。
真核表現系統的進階考量
酵母：Pichia pastoris（現歸類為 Komagataella phaffii）的 AOX1 啟動子在甲醇誘導下可達極高的表現量。GlycoFi 技術（Hamilton et al., 2006, Science）透過基因工程改造 Pichia 的醣基化途徑，刪除酵母特異的高甘露糖酵素並導入人類醣基轉移酶，使 Pichia 能生產具有人類型 N-linked 醣鏈的蛋白質。
桿狀病毒/昆蟲細胞：MultiBac 系統（Berger et al., 2004）允許在單一桿狀病毒中共表現多個蛋白質亞基，適合大型蛋白質複合體的重組生產（結構生物學中廣泛使用）。FlashBAC 系統（Oxford Expression Technologies）進一步簡化了重組桿狀病毒的構建。
CHO 細胞：全球生物製劑市場的主力宿主。穩定細胞株建立需要基因整合和選擇（如 DHFR/MTX 放大系統或 GS/MSX 系統），從轉染到獲得高產量 clone 通常需要 6-12 個月。連續製程（continuous manufacturing / perfusion culture）相較於傳統的批次製程（batch/fed-batch）可提高產率和產品品質一致性。
Chinese hamster 基因體（Xu et al., 2011）和 CHO 細胞特異的轉錄組/蛋白質組的解析為理性的宿主細胞工程提供了基礎——如刪除凋亡基因（Bcl-2 overexpression）延長培養壽命、過表現分泌途徑蛋白質增加分泌效率。
無細胞表現系統：基於 E. coli S30 萃取液、小麥胚芽或人類 HeLa 萃取液。Alex Rich 和 Nirenberg 的早期工作奠定了基礎。現代應用包括：非天然胺基酸的位點特異性導入（amber suppression + 工程化 aminoacyl-tRNA synthetase/tRNA 對，Schultz 團隊）、高通量蛋白質篩選、和有毒蛋白質的生產。Arbor Biosciences 和 Promega 等公司提供商業化的無細胞系統。
品質屬性與分析
重組蛋白質藥物的品質屬性包括：N-linked 醣基化譜（影響 Fc effector function 和 PK）、電荷異構體（charge variants，deamidation 和 C-terminal lysine clipping）、聚集體比例（免疫原性風險）和宿主細胞蛋白質殘留（HCP）。ICH Q8/Q9/Q10 品質系統和 QbD（Quality by Design）框架指導生物製劑的製程開發和品質控制。