蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況課件

1、蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況 吳崇兵12目錄基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢基因工程與生物制藥基因工程技術(shù)自從20 世紀(jì)70 年代初期問世以來, 經(jīng)過了30 多年的發(fā)展歷程, 無論是在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域, 還是在生產(chǎn)實際應(yīng)用方面, 都已經(jīng)取得了驚人的成就。它不僅使整個生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的深刻變化, 而且也給世界各國的醫(yī)療業(yè)、制藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、環(huán)保業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的前景, 為人類帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益,特別是基因工程技術(shù)在醫(yī)療業(yè)和制藥業(yè)的應(yīng)用, 在新的世紀(jì)將呈現(xiàn)出更加強勁的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。1 基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢3基因工程爭奪戰(zhàn)的主要表現(xiàn)各國政府競相制定發(fā)展規(guī)劃, 實行優(yōu)惠政策, 投

2、入巨額資金, 以促進基因工程的迅速發(fā)展。越來越多的非生物技術(shù)公司也紛紛把資金投向基因工程產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中;基因工程使學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和金融界緊密結(jié)合, 形成了一種新興的高科技產(chǎn)業(yè), 并掀起了一股并購和重組熱潮;在發(fā)達國家, 以基因工程產(chǎn)品為研發(fā)對象的公司、企業(yè)如雨后春筍般不斷地建立起來;基因工程產(chǎn)品的商品化速度明顯加快, 投放市場的新產(chǎn)品迅速增加。1.1 全球性的基因工程爭奪戰(zhàn)4美國是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)源地, 又是應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)研制新型藥物的第一個國家,多數(shù)基因工程藥物都首創(chuàng)于美國。美國在生物技術(shù)制藥產(chǎn)業(yè)舞臺上一直穩(wěn)居榜首, 占據(jù)著世界領(lǐng)先地位。到2001 年初, 美國已有2000 家生物技

3、術(shù)公司, 約占全世界生物技術(shù)公司總數(shù)的三分之二, 其中有300 多家公開上市, 其市場資本總額在2000 年達到約3300 億美元, 每年投入的研究經(jīng)費達50 億美元以上。2000 年美國生物技術(shù)藥物和疫苗產(chǎn)值已超過了200 億美元。目前, 醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為美國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力之一。美國的基因工程5日本在基因工程研究方面起步雖較晚, 但由于它有堅實的工業(yè)微生物和化學(xué)工程基礎(chǔ), 加之政府對基因工程研究十分重視, 一直在奮起直追美國, 故進展十分神速。到目前為止, 日本有800 多家生物技術(shù)公司, 在生物醫(yī)藥方面位于世界前列, 僅次于美國。日本很多基因工程藥物生產(chǎn)公司都在加強向美國和

4、歐洲開拓市場, 也紛紛看好中國市場, 以各種方式進入中國。如日本麒麟啤酒公司與中國藥廠合作, G-CSF 從原料到分裝都在中國進行; 日本中外制藥公司已在上海建廠生產(chǎn)G-CSF (CHO 細(xì)胞表達) ; 日本大冢也在籌劃建廠生產(chǎn)干擾素。日本的基因工程7歐洲各國把生物技術(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品視為強勁的經(jīng)濟增長點。歐洲生物技術(shù)市場資本總額與美國相近, 而且投資額幾乎成倍增長。歐洲現(xiàn)有約1000 多家生物技術(shù)公司, 主要分布在醫(yī)藥保健和食品飲料行業(yè)。近年來, 歐洲在發(fā)展生物技術(shù)藥品方面進展很快。德、英、法等國在研制開發(fā)和生產(chǎn)基因工程藥物方面也成就斐然, 在生物技術(shù)的某些領(lǐng)域甚至趕上并超過美國。特別是德國, 其生

5、物技術(shù)水平僅次于美、日, 居世界第三位。 歐洲各國的基因工程8我國的基因工程10 在20世紀(jì)80 年代中期, 出現(xiàn)了一門新興的學(xué)科蛋白質(zhì)工程。 它主要是利用X -光結(jié)晶學(xué)技術(shù)和電子計算機, 模擬確定所研究蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu), 并找出影響該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵氨基酸, 然后用基因工程的方法, 克隆出該蛋白的基因和作出它的核苷酸序列, 最后再用化學(xué)合成的寡核苷酸, 作體外誘變來改變上述關(guān)鍵氨基酸密碼, 從而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。 這些性質(zhì)包括增加酶的活性、改變酶底物特異性、改變蛋白質(zhì)對pH 的敏感性、改進蛋白質(zhì)對熱的耐性、改進抗原的特點等。1 .2 蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展11美國Cetus 公司的美籍華人麥

6、富智, 用多核苷酸位點特異性誘變的方法, 將-干擾素中的兩個半胱氨酸改變成絲氨酸, 從而使這種干擾素能在低溫下保存半年還不降低活力, 為干擾素的臨床使用鋪平了道路。英國皇家理工學(xué)院的Fersht 和劍橋分子生物學(xué)實驗室的Winter 也用同樣的方法將酪氨酸t(yī)RNA 合成酶51 位的蘇氨酸變?yōu)楦彼? 使它的酶活性提高了25 倍。1 .2 蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展121990 年, 美國國立衛(wèi)生研究院的Blase RM 等人, 用腺苷酸脫氨酶(ADA) 基因治愈一位嚴(yán)重免疫缺損的4 歲女孩( ADA 基因缺陷)。自此, 世界各國都掀起了研究基因治療的熱潮。2000 年法國巴黎內(nèi)克爾兒童醫(yī)院利

7、用基因治療, 使數(shù)名有免疫缺陷的嬰兒恢復(fù)了正常的免疫功能, 這是基因治療開展近十年來科學(xué)家取得的最大成功。目前, 每年用于基因治療上的總投資為10 億美元左右, 主要集中在美國, 其次是歐洲。截至2001 年9 月, 全世界已批準(zhǔn)的基因治療方案達到了596 個, 癌癥居基因治療的首位, 總共376 個方案, 占總數(shù)的63% , 其次是單基因疾病、心血管病、傳染性疾病(主要是HIV) 和其他疾病。預(yù)計到2010 年基因治療的市場將達到430 億美元左右。我國在1991 年就開展了B 型血友病的基因治療, 且獲得了很好的療效?！?九五” 期間, 在基因?qū)牒突蛑委熍R床試驗等方面都取得了很大進展,

8、 目前已有6 個基因治療方案進入臨床研究。最近, 由北京大學(xué)心血管研究所進行的血管內(nèi)皮生長因子基因治療阻塞性血管疾病的研究, 已進入了臨床試驗階段, 是繼美國之后第二個進行此項臨床試驗的國家。1 .4 基因治療技術(shù)取得重大進展14目前已研制成功100 多種基因工程藥物和疫苗, 其中銷售額較大的是紅細(xì)胞生成素( EPO) 、人胰島素( Insulin )、人生長激素( huGH)、干擾素( IFN) 、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子( GM-CSF) 等, 每種藥品的年銷售額高達數(shù)億美元甚至數(shù)十億美元。2000 年全球生物技術(shù)產(chǎn)品銷售收入達到了500 多億美元,

9、其中生物技術(shù)藥物銷售額為300 億美元。20 世紀(jì)90 年代以后, 全球生物技術(shù)藥品銷售額以年均30% 的速度增長, 大大高于全醫(yī)藥行業(yè)年均不到10%的增長速度。2 基因工程與生物制藥15人胰島素( Insulin )胰島素是多肽激素的一種, 具有多種生物功能, 在維持血糖恒定, 增加糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白質(zhì)的合成, 調(diào)節(jié)與控制細(xì)胞內(nèi)多種代謝途徑等方面都有重要作用。胰島素用于臨床糖尿病的醫(yī)治已有近70 年的歷史, 長期以來, 其來源僅僅是從動物的胰臟中提取, 而動物的胰島素由于與人的胰島素在氨基酸組成上有一定的差異, 長期注射人體時, 產(chǎn)生自身的免疫反應(yīng), 影響治療效果。自20 世紀(jì)80

10、 年代初開始, 人們已開始用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)人胰島素了。 2.2主要基因工程藥物簡介17國外人胰島素的基因工程生產(chǎn)一般采用了兩種方式: 一是分別在大腸桿菌中合成A鏈和B 鏈, 再在體外用化學(xué)方法連接兩條肽鏈組成胰島素。美國EliLilly 公司采用該法生產(chǎn)的重組人胰島素Humulin 最早獲準(zhǔn)商品化。另一種方法是用分泌型載體表達胰島素原,如丹麥Novo 工業(yè)公司用重組酵母分泌產(chǎn)生胰島素原, 再用酶法轉(zhuǎn)化為人胰島素。Novo 研究所的Brange 等應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在胰島素分子中取代一個氨基酸殘基,防止單體二聚化, 由此合成的新型胰島素在藥物濃度下基本上保持單體, 注射后吸收速度比正常胰島

11、素快23 倍; 另有報道將胰島素B 鏈第10 位的His 變?yōu)锳sp , 獲得高活力胰島素B10Asp , 其受體結(jié)合能力和離體生物活力分別為豬胰島素的262%和235%。2.2主要基因工程藥物簡介18人生長激素( human growth hormone, hGH)人生長激素是人的垂體腺前葉嗜酸細(xì)胞分泌的一種非糖基化多肽激素。它有多種生物功能, 主要是刺激身體生長。最近發(fā)現(xiàn)hGH 對一些細(xì)胞的增殖和分化以及DNA 合成有直接效應(yīng)。hGH 的主要用途是治療侏儒癥, 臨床試驗認(rèn)為hGH 對慢性腎功能衰竭和Turner綜合癥也有很好療效。美國的Genentech 公司采用枯草桿菌系統(tǒng)表達hGH,

12、產(chǎn)量達1 . 5g/ L, 于1985 年10月批準(zhǔn)上市, 商品名稱為Prptropin ( hGH)。1994 年3 月又有新產(chǎn)品Nutyopin 被批準(zhǔn)上市。英國Cellteck 公司用哺乳動物細(xì)胞生產(chǎn)的hGH, 比從垂體中提純的天然hGH 多一個蛋氨酸, 其治療效果更為顯著。我國用E. Coli 和哺乳動物細(xì)胞表達hGH, 早已完成中試, 1995 年開始進行臨床試驗, 現(xiàn)已有兩家公司投入工業(yè)生產(chǎn)。2.2主要基因工程藥物簡介19干擾素( interferon , IFN)干擾素是一類在同種細(xì)胞上具有廣譜抗病毒活性的蛋白質(zhì), 其活性的發(fā)揮又受到細(xì)胞基因組的調(diào)節(jié)和控制, 涉及RNA 和蛋白質(zhì)

13、的合成。干擾素是一種類似多肽激素的細(xì)胞功能調(diào)節(jié)物質(zhì), 是一種細(xì)胞素。以上定義包括如下含義: 干擾素必須是一種蛋白質(zhì); 在一般生理狀態(tài)下, 細(xì)胞的干擾素基因呈靜止?fàn)顟B(tài), 只有在特定誘生劑作用下才進行轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯出具有種屬特異性的干擾素; 干擾素本身不能直接滅活病毒, 而是細(xì)胞在干擾素作用后產(chǎn)生出多種抗病毒蛋白, 從而阻斷病毒的繁殖; 干擾素必須具有廣譜的抗病毒活性。根據(jù)抗原特異性和分子結(jié)構(gòu)的不同, 干擾素可分為、三型。干擾素的基本特性包括: 種屬特異性, 作用“ 廣譜性和選擇性”, 相對無害性和特殊穩(wěn)定性等。干擾素的生物功能活性可歸納為: 抗侵入細(xì)胞內(nèi)有害微生物活性; 抗細(xì)胞分裂活性; 調(diào)節(jié)免疫功

14、能活性。干擾素在臨床上主要用于治療惡性腫瘤和病毒性疾病。目前, 編碼干擾素的基因已能在大腸桿菌、酵母菌和哺乳動物細(xì)胞中表達。、三型基因工程干擾素都已研制成功, 產(chǎn)品已投放市場, 用于治療的病種達20 多種。我國衛(wèi)生部已批準(zhǔn)生產(chǎn)的干擾素品種有8 種。目前, 人們已經(jīng)在應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)研制活性更高, 更適于臨床應(yīng)用的干擾素類似物和干擾素雜合體等各種新型干擾素。2.2主要基因工程藥物簡介20白細(xì)胞介素( Interleukin , IL)白細(xì)胞介素是由白細(xì)胞或其他體細(xì)胞產(chǎn)生的又在白細(xì)胞間起調(diào)節(jié)作用和介導(dǎo)作用的因子, 是一類重要的免疫調(diào)節(jié)劑。目前已發(fā)現(xiàn)的IL 已達16 種之多, 它們的生物學(xué)功能十分

15、廣泛, 主要功能有: 激活并刺激T、B 淋巴細(xì)胞的增殖和分化; 刺激巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞的活性; 作為各種細(xì)胞的絲裂原; 其他功能( 抗腫瘤作用、誘導(dǎo)發(fā)熱、作為佐劑等)。IL 在臨床上主要用于治療惡性腫瘤和病毒性疾病(如乙型肝炎、艾滋病等)。隨著分子生物學(xué)的進展, 各種白介素基因已相繼克隆成功, 并制成基因工程白介素純品, 其中有幾種已投放市場。國內(nèi)IL-2 已批準(zhǔn)生產(chǎn)IL-3、IL-4 和IL-6 等, 其他IL 也正在研制中。應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù), 在IL-2 中將125 位Cys 分別由Ser 或Ala 取代, 制成生物活性、熱穩(wěn)定性和復(fù)性效果都比原IL-2 強的新型IL-2 ( 125Ser

16、- IL-2 和125Ala- IL-2 ) ,現(xiàn)已獲準(zhǔn)臨床應(yīng)用。2.2主要基因工程藥物簡介21集落刺激因子(Colony-Stimulating Factor , CSF)集落刺激因子是一類能參與造血調(diào)節(jié)過程的糖蛋白分子, 故又稱造血刺激因子或造血生長因子。現(xiàn)在已知的CSF 主要有4 種: 粒細(xì)胞集落刺激因子( G-CSF ) ; 巨噬細(xì)胞集落刺激因子( M-CSF ) ; 粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子( GM-CSF) ; 多能集落刺激因子(Multi-CSF , 即IL-3) 。CSF 的功能可概括為: 刺激造血細(xì)胞增殖、維系細(xì)胞存活、分化定型、刺激終末細(xì)胞的功能活性等。近年來的研究表明

17、, CSF 不僅在造血細(xì)胞的增殖與分化中起重要作用, 而且也參與對成熟細(xì)胞的功能調(diào)節(jié), 并在宿主抗感染免疫中起著重要作用。上述4 種CSF 在注入人體后均有促使各類白細(xì)胞增殖和成熟、增加血小板和紅細(xì)胞數(shù)量的作用。因此, CSF 在臨床上多用作癌化療的輔佐藥物, 如化療后產(chǎn)生的白細(xì)胞減少癥, 也用于骨髓移植促進生血作用, 還可用于治療白血病、粒細(xì)胞缺乏癥、再生障礙貧血等多種疾病。各類CSF 的基因結(jié)構(gòu)及其功能早已研究清楚, 并在各種宿主細(xì)胞中成功表達。1991年美國FDA 已批準(zhǔn)G-CSF 和GM-CSF 作為新藥投入市場。美國預(yù)測2000 年G-CSF 的年銷售額將達到2030 億美元。我國研制的GM-CSF 和G-CSF 已進入臨床試驗階段, 即將進行試產(chǎn)。目前CSF 的蛋白質(zhì)工程研究主要有:(1) 將GM-CSF N 端111 位氨基酸刪除, 得到生物活性