生物制藥_胰島素

1、BY: 王騰王騰 時佳時佳 孫玉新孫玉新 瑪依努爾瑪依努爾摘要 胰島素的來源、結構 胰島素的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展史 胰島素在中國發(fā)展狀況 胰島素制備工藝 問題與展望數(shù)字與糖尿病 2.8億 20112011年全球糖尿病患者年全球糖尿病患者2.82.8億億 3 糖尿病已成為繼心血管疾病、腫瘤糖尿病已成為繼心血管疾病、腫瘤之后的第之后的第 3 3 位主要疾病位主要疾病 92009200萬萬 中國糖尿病發(fā)病率已突破中國糖尿病發(fā)病率已突破92009200萬萬 1.81.8億億 由于老齡化等因素，國內(nèi)還有由于老齡化等因素，國內(nèi)還有90009000多萬的多萬的潛在潛在糖尿病患者。糖尿病患者。 2 我國目前糖尿病患者的

2、總數(shù)，躍居世界第二位，超越印度成為亞洲第一大國 。胰島素的來源 胰腺是人體重要的消化器官，主要包括分泌消化酶為主的外分泌細胞和導管系統(tǒng)，及由多種內(nèi)分泌細胞組成的胰島。胰島素是由胰島中細胞分泌的肽類激素，分子結構為51個氨基酸組成有兩個二硫鍵連接的2條肽鏈。胰島素單體胰島胰腺胰島素結構：胰島素結構： 胰島素由A、B兩個肽鏈組成。A鏈有11種21個氨基酸，B鏈有15種30個氨基酸，共26種51個氨基酸組成。其中A7(Cys)-B7(Cys)、A20(Cys)-B19(Cys)四個半胱氨酸中的巰基形成兩個二硫鍵，使A、B兩鏈連接起來。此外A鏈中A6(Cys)與A11(Cys)之間也存在一個二硫鍵。人

3、胰島素原人胰島素原3D Structure of Insulin胰島素二聚體（胰島素二聚體（dimer）胰島素六聚體（胰島素六聚體（hexamer ）胰島素的發(fā)現(xiàn)胰島素的發(fā)現(xiàn)胰島素的發(fā)展史1920192019301930194019401950195019601960197019701980198019901990200020001923 1923 動物胰島素動物胰島素1973 1973 單組分胰島素單組分胰島素1987 1987 人胰島素人胰島素1996 1996 胰島素類似物胰島素類似物1946 NPH 1946 NPH 胰島素胰島素1953 1953 長效胰島素長效胰島素胰島素在中國的發(fā)

4、展1965年中國科學院最早成功合年中國科學院最早成功合成成結晶牛胰島素結晶牛胰島素，這是中國人，這是中國人離諾貝爾獎最近的一次。離諾貝爾獎最近的一次。人工人工合成牛胰島素是科學上的一次合成牛胰島素是科學上的一次重大飛躍，它標志著人工合成重大飛躍，它標志著人工合成蛋白質(zhì)時代的開始，是生命科蛋白質(zhì)時代的開始，是生命科學發(fā)展史上一個新的重要里程學發(fā)展史上一個新的重要里程碑，碑，在揭示生命奧秘的偉大歷在揭示生命奧秘的偉大歷程中邁進了可喜的一大步。同程中邁進了可喜的一大步。同時它也是中國自然科學基礎研時它也是中國自然科學基礎研究的重大成就究的重大成就.這項成果獲得了這項成果獲得了中國自然科學一等獎。中國

5、自然科學一等獎。牛胰島素晶體結構模型胰島素在中國的發(fā)展1998年，東寶即成功研制出了年，東寶即成功研制出了中國中國第一支基因重組人胰島素第一支基因重組人胰島素制劑制劑“甘舒霖甘舒霖”，填補了我國填補了我國不能生產(chǎn)重組人胰島素的空白，不能生產(chǎn)重組人胰島素的空白，使我國成為繼美國和丹麥之后使我國成為繼美國和丹麥之后第三個能生產(chǎn)和銷售重組人胰第三個能生產(chǎn)和銷售重組人胰島素的國家。島素的國家。通化東寶已成為通化東寶已成為亞洲最大的重組人胰島素生產(chǎn)亞洲最大的重組人胰島素生產(chǎn)基地，成為世界三大重組人胰基地，成為世界三大重組人胰島素生產(chǎn)基地之一島素生產(chǎn)基地之一，從而在全，從而在全球確立了最具競爭力的生產(chǎn)廠球

6、確立了最具競爭力的生產(chǎn)廠家的地位。家的地位。 胰島素在中國的發(fā)展 出臺的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)出臺的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)十二五十二五規(guī)劃重點突出規(guī)劃重點突出了對了對生物制品研發(fā)及生物制品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)業(yè)化的支持力度，的支持力度，提出在提出在2015年前爭取年前爭取實現(xiàn)實現(xiàn)10個以上擁有自個以上擁有自主知識產(chǎn)權的生物技主知識產(chǎn)權的生物技術藥品產(chǎn)業(yè)化工程。術藥品產(chǎn)業(yè)化工程。中國胰島素市場狀況 放眼全球，胰島素作為最重要的糖尿病治療放眼全球，胰島素作為最重要的糖尿病治療藥物，在過去藥物，在過去5 5年中取得了年中取得了14%14%的復合增長率。但的復合增長率。但胰島素市場高度集中于三巨頭胰島素市場高度集中于三巨頭諾和

7、諾德、禮來和諾和諾德、禮來和賽諾菲安萬特賽諾菲安萬特，三家公司占全球胰島素，三家公司占全球胰島素90%90%以上以上的市場份額。的市場份額。 在中國在中國數(shù)百萬患者長期使用胰島素治療。數(shù)百萬患者長期使用胰島素治療。然而然而中國糖尿病患者整體治療率不足三成，中國糖尿病患者整體治療率不足三成，且人均胰島素使用量偏低，僅為美國糖尿且人均胰島素使用量偏低，僅為美國糖尿病患者人均使用量的病患者人均使用量的0.8%0.8%，所以中國胰島，所以中國胰島素市場潛力巨大。素市場潛力巨大?；蛑亟M來源的胰島素基因重組來源的胰島素（27種）種）通化東寶通化東寶 1998年年12月研制出中國第一支基因重組胰島素月研制

8、出中國第一支基因重組胰島素“甘舒霖甘舒霖” 甘舒霖甘舒霖 R- 常規(guī)重組人胰島素注射液常規(guī)重組人胰島素注射液 甘舒霖甘舒霖 N- 低精蛋白重組人胰島素注射液低精蛋白重組人胰島素注射液 甘舒霖甘舒霖 30R- 30/70混合重組人胰島素注射液混合重組人胰島素注射液 （ 30%常規(guī)重組人胰島素和常規(guī)重組人胰島素和70%低精蛋白重組人胰島低精蛋白重組人胰島素素）深圳科興深圳科興 蘇泌啉蘇泌啉- 常規(guī)重組人胰島素注射液常規(guī)重組人胰島素注射液 蘇泌啉恩蘇泌啉恩- 低精蛋白重組人胰島素注射液低精蛋白重組人胰島素注射液 徐州萬邦徐州萬邦 萬邦林萬邦林- 常規(guī)重組人胰島素注射液常規(guī)重組人胰島素注射液 萬蘇林萬

9、蘇林豬胰島素制劑豬胰島素制劑胰島素國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家胰島素國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家其他其他（持有藥品注冊證）（持有藥品注冊證） -南京新天生物化學制藥有限公司、華西醫(yī)科大學制藥廠、上海第一生化南京新天生物化學制藥有限公司、華西醫(yī)科大學制藥廠、上海第一生化 制藥廠、武漢生化制藥廠制藥廠、武漢生化制藥廠 等等胰島素制備工藝胰島素制備工藝 以動物胰臟為原料提取胰島素以動物胰臟為原料提取胰島素 -酸醇提取法酸醇提取法 半合成胰島素半合成胰島素-以豬胰島素為原料，酶修飾后得到人胰島素以豬胰島素為原料，酶修飾后得到人胰島素重組重組DNADNA技術生產(chǎn)人胰島素技術生產(chǎn)人胰島素 AB鏈合成：分別表達鏈合成：分別表達AB

10、鏈，化學方法連接鏈，化學方法連接 逆轉錄法：表達胰島素原，酶切得到重組人胰島素逆轉錄法：表達胰島素原，酶切得到重組人胰島素 B30 A8 ;A10 ;B30 B28 ;B29B28 A21 ;B31 ;B32 豬胰島素豬胰島素牛胰島素牛胰島素賴脯人胰島素（禮來公司、速效賴脯人胰島素（禮來公司、速效Ins） 門冬胰島素門冬胰島素 （諾和諾德公司、速效（諾和諾德公司、速效Ins ） 甘精胰島素甘精胰島素 (安萬特公司、長效安萬特公司、長效Ins)Ins A鏈鏈Ins B鏈鏈轉化大腸桿菌轉化大腸桿菌發(fā)酵發(fā)酵A鏈鏈B鏈鏈純化純化二硫鍵二硫鍵活性胰島素活性胰島素AB鏈合成人胰島素鏈合成人胰島素 以人工以

11、人工合成的人胰島合成的人胰島素素A鏈和鏈和B鏈鏈基因分別與半基因分別與半乳糖苷酶基因乳糖苷酶基因連接，形成融連接，形成融和基因，分別和基因，分別在大腸桿菌中在大腸桿菌中表達表達A鏈和鏈和B鏈，然后再通鏈，然后再通過化學氧化作過化學氧化作用，通過二硫用，通過二硫鍵連接起來。鍵連接起來。質(zhì)質(zhì)粒粒Ins mRNA反轉錄反轉錄Ins cDNA轉化大腸桿菌轉化大腸桿菌PCR連接連接胰島素原胰島素原活性胰島素活性胰島素二硫鍵酶切酶切 提取質(zhì)粒提取質(zhì)粒限制性內(nèi)切酶酶切限制性內(nèi)切酶酶切 反轉錄酶法合成人胰島素反轉錄酶法合成人胰島素通過胰島素原的通過胰島素原的cDNA合合成，表達產(chǎn)物是胰島素成，表達產(chǎn)物是胰島素

12、原，經(jīng)工具酶切開，除原，經(jīng)工具酶切開，除去去C-肽得人胰島素。肽得人胰島素。 化學 離子交換，分子篩色譜，反相色譜結晶CNBr裂解，去除保護多肽發(fā)酵胰島素原融合蛋白胰島素原（ SSO3 ）粗品亞硫基化胰島素原純化胰島素原純品酶切解離A,B鏈胰島素粗品純化的人胰島素基因重組大腸桿菌生產(chǎn)重組人胰島素工藝流程基因重組大腸桿菌生產(chǎn)重組人胰島素工藝流程破碎菌體 包涵體 尿素溶解 復性酵母系統(tǒng)生產(chǎn)重組人胰島素的工藝流程酵母系統(tǒng)生產(chǎn)重組人胰島素的工藝流程發(fā)酵菌種 搖瓶種子培養(yǎng) 種子罐培養(yǎng) 生產(chǎn)罐發(fā)酵 微小胰島素原溶液 離心除去菌體 物理 超濾、離子交換吸附沉淀 純化的胰島素原 胰島素粗品 胰酶和羧肽酶處理

13、離子交換色譜、分子篩色譜、二步反相色譜 重結晶、胰島素純品酵母系統(tǒng)生產(chǎn)重組胰島素酵母系統(tǒng)生產(chǎn)重組胰島素優(yōu)點：二硫鍵的結構與位置正確，不需要復性加工處理缺點：表達低，發(fā)酵時間長表達載體結構基因組成：信號肽、前肽序列、MCS 和微小胰島素原。 前肽序列引導目的蛋白通過正確的分泌途徑至胞外。宿主：貝克酵母。分泌量大，形成二硫鍵，培養(yǎng)基簡單，高密度發(fā)酵，無熱原和有毒物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)重組人胰島素設備問題與展望問題與展望 胰島素給藥方式的發(fā)展胰島素給藥方式的發(fā)展新的注射給藥方式新的注射給藥方式 胰島素筆是一種形如鋼筆的專用注射裝置,將胰島素液儲存于筆中,使用前調(diào)好劑量旋鈕,患者自己注射方便易行。 胰島素泵是目

14、前最方便、最現(xiàn)代化的注射方式，可以自動定時定量地注射胰島素，能較好模擬生理性胰島素分泌，可以準確控制胰島素的輸入劑量，并能經(jīng)導管連續(xù)不斷按需要將胰島素輸入患者皮下?？诜o藥：由于采用了包裹的方法來保護胰島素制口服給藥：由于采用了包裹的方法來保護胰島素制劑，口胰島素在胃及小腸內(nèi)不被破壞，在大腸內(nèi)分劑，口胰島素在胃及小腸內(nèi)不被破壞，在大腸內(nèi)分解、釋放出來，通過腸黏膜進行吸收。解、釋放出來，通過腸黏膜進行吸收。肺部給藥：巨大的肺泡表面積、極薄的肺泡、豐富的肺部給藥：巨大的肺泡表面積、極薄的肺泡、豐富的毛細血管網(wǎng)、狹小的氣血通路、低酶活性、肺深處較毛細血管網(wǎng)、狹小的氣血通路、低酶活性、肺深處較慢的清除速率等，這些良好的生理環(huán)境為蛋白多肽的慢的清除速率等，這些良好的生理環(huán)境為蛋白多肽的吸收提供了有利條件。吸收提供了有利條件。眼部給藥：眼部給藥：INS主要通過眼結膜和鼻淚管黏膜吸收進主要通過眼結膜和鼻淚管黏膜吸收進入體循環(huán)兩達到降糖效果。一般眼內(nèi)容量少，入體循環(huán)兩達到降糖效果。一般眼內(nèi)容量少，INS作作用時間短，生物利用度低因此人們致力于研究能延用時間短，生物利用度低因此人們致力于研究能延長長INS作用時間的滴眼劑，并選擇刺激性小的滴眼劑。作用時間的滴眼劑，并選擇刺激性小的滴眼劑。鼻腔給藥黏膜內(nèi)血管豐富黏膜上蛋白酶含量也比胃腸道中鼻腔給藥