朱春燕--基因工程制药发展概述（详细）

基因工程制药的发展概述

摘要：随着20 世纪 70 年代 DNA重组技术的建立，基因工程制药开始得到迅速的发展，随着基因组和蛋白质组研究的深入,基因工程药物将有更多的机会获得突破性进展。本综述主要从基因工程制药的发展、种类、应用和进展作一概述。 关键词：基因工程 制药 应用 引言

生物学发展推动着医学迅猛发展,特别是生物技术在临床医学上的应用,丰富了对疾病诊断、预防和治疗的新方法。二十世纪七十年代基因工程技术的诞生为医学发展注入了新鲜血液。 1 基因工程制药概述

基因工程制药是指按照人们的意图,将外源基因整合入宿主基因组中,表达具有生物学活性的蛋白药物。基因工程制药的快速发展开发了一系列针对疑难病症的工程药物,极大程度地改善了人们的生活品质。 基因工程药物自年问世以来,每年平均有一个新药疫苗问世, 开发成功的约五十个药品已广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病、囊纤维变性和一些遗传病上, 在很多领域特别是疑难病症上,起到了传统化学药物难以达到的作用。其原因在于,基因工程制药物的研究与开发多是以对疾病的分子水平上的有了解为基础的,往往会产生意想不到的高疗效。基因工程制造药行业在近二十年中的飞速发展是以分子遗传、分子生物、分子病理、生物物理等基础学科的突破, 以及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等基础工程学科的高速进展为后盾的。基因工程药物的开发时间为一年,比开发新化学单体一年要短一些，适应症不断延伸也是蛋白类药物的一大特点［1］。基因工程药物又称生物技术药物,是根据人们的愿望设计的基因,在体外剪切组合,并和载体DNA 连接,然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞) ,使目的基因在靶细胞中得到表达,最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂,从而成为蛋白类 药或疫苗［2］ 。目前人类60 %以上的生命科学成果集中应用于医药工业。这些药物包括细胞因子、菌苗、疫苗、毒素、抗原、血清、DNA 重组产品。体外诊断试剂等等,在预防、诊断、控制乃至消灭传染病,保护人类健康,延长生命过程中发挥着越来越重要的作用。基因工程药物引入医药产业,由此引起了医药工业的重大变革,使得医药产业成为最活跃、发展最快的产业之一。 2 发展历史和现状

20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，诞生了基因工程药物，高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医 药产业进入了新的历史时期。 基因药物经历了三个阶段：第一阶段是把药用蛋

白基因导入到大肠杆菌等细菌中，通过大肠杆菌等表达药用蛋白，但这类药物往往有缺陷，人类的基因在低等生物的细菌中往往不表达或表达的蛋白没有生物活性。第二阶段是人们用哺乳动物的细胞代替细菌，生产第二代基因工程药物。但由于哺乳动物细胞培养条件相对苛刻，生产的药物成本居高不下。第一、二代基因药物的研制和生产已经成熟。从第一个反义核酸药物Vitrovene于1998年和1999相继在美国和欧洲上市以来，发展迅速。第三阶段是到了80 年代中期，随着基因重组和基因转移技术的不断发展和完善，科学家可以将人们所需要的药用蛋白基因导入到哺乳动物体内，使目的基因在哺乳动物身上表达，从而获得药用蛋白。我国这项技术虽然起步较晚，基础较差，但一开始就受到党和国家的高度重视，为跟踪世界新技术革命迅猛发展的浪潮，863计划得到党中央、国务院的批准，并将现代生物技术列为“863 计划”最优先发展的项目和国家“七五”、“八五”、“九五”攻关项目。我国的这一重大决策为现代生物技术在我国的发展提供了良好的机会。经过广大科技工作者的艰苦努力，已取得了很大的进展。一批基因工程产品的上游研究正在努力展开，一些产品正逐步进入研究开发阶段，不少产品已步入临床试验阶段或已获得新药证书，进入工业化生产[4] 。 3 基因工程

基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将目的基因和载体在体外进行剪切、组合和拼接，然后通过载体转入受体细胞（微生物、植物或植物细胞、动物或动物细胞），使目的基因在细胞中表达，产生出人类所需要的产物或组建成新的生物类型。自 20 世纪 70 年代基因工程诞生以来，最先应用且目前最为活跃的是在医药领域，尤其在新药的研究、开发和生产中得到日益广泛的应用。 4 基因工程制药

基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的药用蛋白质。利用基因工程技术生产药物的优点是：（1）大量生产过去难以获得的生理活性物质和多肽，为临床应用提供有力保障；（2）发现、挖掘更多的内源性生理活性物质；（3）对内源生理活性物质的不足之处进行改造和去除；（4）可获得新型化合物，扩大药物筛选来源[3]。 4.1 基因工程药物治疗肿瘤

李振宇[5] 等制备慢病毒载体为基础的野生型及突变型单纯疱疹病毒胸苷激酶基因工程T 细胞并研究应用HSV2sr392TK/ ACV 系统进行防治GVHD ,以达到减轻前体药物毒性,拓宽前体药物选择范围的目的。高丽等[7]研究基因重组荞麦胰蛋白酶抑制剂(rBTI) 诱导HL260 细胞凋亡的作用,结果表明来自蓼科植物的重

组荞麦胰蛋白酶抑制剂能够有效的抑制HL260 肿瘤细胞的生长,抑制作用呈剂量依赖性,但对正常外周血单核细胞的生长没有影响。 4.2 基因工程药物治疗病毒感染

杨延梅等[10]应用安福隆(第二代基因工程干扰素)治疗慢性乙型病毒性肝炎患者45例,第1个月每天肌肉注射1次安福隆500万单位，后改为隔天肌肉注射1次,疗程为6个月，与给予甘利欣、维生素C等保肝药物治疗的对照组47例进行了比较。结果治疗组肝功能复常率、HBV2DNA阴转率、HBeAg 阴转率、HBeAb 阳转率均明显高于对照组并有显著统计学意义。该临床研究证明安福隆治疗慢性乙型病毒性肝炎疗效确切。治疗组疗效明显优于对照组,显示联合用药的强大抗病毒活性,是目前治疗慢性乙型肝炎较为理想的方案。 4.3 基因工程药物治疗心脑血管疾病

余蓉等[12]通过计算机分子设计,预测了水蛭素12肽通过柔性肽(Gly)3与r2PA 连接形成的融合蛋白的空间结构与功能,并构建了表达该融合蛋白的工程菌,融合蛋白表达后通过复性,得到了分子设计预期的具有较高溶栓抗凝双功能活性的新型蛋白。

4.4 基因工程药物治疗艾滋病

艾滋病患者的后期一般会感染上巨细胞病毒性视网膜炎，FAD上市了针对这种病毒的首个反义药物福米韦生，该药是新的反义硫代磷酸脂寡核苷酸，与CMV的MRNA互补碱基链相结合，特异性的抑制CMV的复制，而不干扰人体正常的基因功能。临床用药8天便可观察到边缘浑浊降低，明显延缓了病人CMV视网膜炎的病变[14] 。

4.5 基因工程药物治疗其他疾病

成骨生长肽(OGP) 是一种促进体外成骨细胞增殖和体内成骨的多肽。利用人工合成的人成骨生长肽基因,与质粒pTYB2 重组,转化大肠杆菌E1coliBL21,经异丙基硫代2β2D2半乳糖苷诱导,融合蛋白在E1coli中得到表达,经一步亲和层析纯化得到重组人成骨生长肽。 5 基因工程制药的发展[5-6]

生物工程( bioengineering ) 主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和发酵工程等5个部分。现代生物技术的核心是基因工程，人工进行基因切割、重组、转移和表达的技术。基因工程诞生于70 年代。自1978 年成功地用大肠杆菌生产生长激素释放抑制因子以来, 人胰岛素、人生长激素、胸腺素、干扰素、尿激酶、乙肝病毒疫菌和肿瘤坏死因子等数十种基因工程产品相继问世; 1982年开始进入商品市场, 在疾病防治中获得广泛应用, 并已取得或正在取得

巨大的效果和收益。

6 目前基因工程药物的主要类型[7-8] 6.1 干扰素

是哺乳动物细胞在诱导下产生的一种淋巴因子，能够加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用，抑制病毒在细胞内的增殖，用于肿瘤和其他病毒病的治疗。 6.2 生长激素

人体生长激素能够治疗侏儒症和促进伤口愈合，动物生长激素能够加速畜禽生长发育 。 目前，人和动物的生长激素基因都已经在大肠杆菌中成功表达， 在医学和畜牧业领域取得了很好的应用效果。 6.3 红细胞生成素

是一种肾脏产生的作用于肾髓的造血相关细胞因子，使原始红细胞的成熟期缩短，调节肾髓中的造血细胞含量，用于肾功能不全引起的贫血、放射化疗引起的贫血以及其他一些罕见的贫血症的治疗， 还可用于外科手术前准备自体输血的病人。 红细胞生成素目前是在培养的哺乳动物细胞中表达，但成本较高，生产过程复杂。 6.4 白细胞介素

是一种抗肿瘤免疫因子 ，可促进 T 细胞的生长、增殖和分化，也可促进 B 细胞的生长和增殖，同时能够增强杀伤性淋巴细胞的功能，也用于癌症的治疗。 6.5 集落刺激因子

分为 2 类： 一类为粒细胞集落刺激因子，另一类为巨噬细胞集落刺激因子。 二者都可促进体内白细胞的增殖，增强粒细胞的功能，调控造血功能，用于肿瘤病人化疗后白细胞下降等的治疗。 7 基因工程制药技术的应用[9-16]

基因工程技术在医药工业中最重要的应用是新药的研究、开发、生产和改造传统药物。目前，通过基因工程技术已经能够获得以前由于材料来源困难或制造技术问题无法生产的药物，主要有生理活性物质、抗体、疫苗 3 大类。 7.1 生理活性物质的生产

利用基因工程技术已能够生产激素类药物、细胞因子类药物、重组溶血栓类药物等。如胰岛素、重组人生长激素、重组人促卵泡激素、干扰素、集落刺激因子、白细胞介素、肿瘤坏死因子、趋化因子、转化生长因子 B、生长因子、重组

链激酶及重组组织型纤维酶原激活剂等。 7.2 抗体的生产

基因工程抗体又称重组抗体，是指利用重组 DNA 及蛋白质工程技术对编码抗体的基因按不同需要进行加工改造和重新装配，经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子，被广泛应用于疾病的临床诊断、预防和治疗及基础理论研究等领域。自从基因工程抗体技术诞生以来，它的发展经历了好几个阶段。主要包括完整的抗体分子、抗体可变区 Fv、单链抗体ScFv、抗原结合片段Fab以及其它为改善抗体药物的某些性质而产生的各种抗体衍生物。 7.3 疫苗的生产

基因工程疫苗是将病原体的编码保护性抗原的基因片段克隆入表达载体, 用以转染细胞或真核细胞微生物及原核细胞微生物后得到的产物或者将病原的毒力相关基因删除掉, 使成为不带毒力相关基因的基因缺失苗。其包括基因工程亚单位疫苗、基因缺失活疫苗、基因工程活载体疫苗、核酸疫苗、转基因植物疫苗等。和传统疫苗相比，基因工程疫苗有许多优点：（1）具有可靠的安全性和有效性；（2）易于大规模使用；（3）生产成本低。中国基因工程药物的发展方向及对策 结合生物技术的发展趋势和目前市场上基因工程药物的种类分布,我国基因工程药物的发展方向大致如下。(1) 开发针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸等新生物技术产品。此方面开发重点将主要是干扰素、生长激素与T2PA 等。(2) 选择一批市场前景好的生物技术产品及疫苗、诊断用单克隆抗体进行开发,我国在这方面已有一定基础,开发重点是乙肝基因疫苗与单克隆抗体诊断试剂。(3) 开发靶向药物主要是开发抗肿瘤药物。目前治疗肿瘤药物在杀死癌细胞的同时,也杀死正常细胞。导向治疗就是针对这个问题提出来的,所谓导向治疗就是利用抗体寻找靶标,如同导弹的导航器,把药物准确引入病灶,而不伤及其他组织和细胞。(4) 人源化的单克隆抗体的研究开发。抗体可以对抗各种病原体,亦可作为导向器,但目前的单克隆抗体多为鼠源抗体,注入人体后会产生抗体(抗抗体) 或激发免疫反应。目前国外已研究噬菌体抗体技术、嵌合抗体技术、基因工程抗体技术以解决人源化抗体问题。 (5) 血液替代品的研究与开发仍然占重要地位。 血液制品是采用大批混合的人体血浆制成的,由于人血难免被各种病原体所污染,如艾滋病病毒及乙肝病毒等,通过输血而使患者感染艾滋病或乙型肝炎的案例时有发生,因此利用基因工程开发血液替代品引人注目[16]。 8 前景展望[17-18]

生物制药特别是基因工程制药已经是本世纪增长最快的行业， 因其治疗的有效性及安全性， 随着理论研究的深入，分子生物学及基因组学的发展， 未来制药行业， 基因工程药物将占有越来越大的比重。目前， 世界各国都将基因工

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