蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況

蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月122目錄基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)基因工程與生物制藥第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程技術(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(shí)際應(yīng)用方面,都已經(jīng)取得了驚人的成就。它不僅使整個(gè)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(guó)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(jì)和社會(huì)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(qiáng)勁的蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。31基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)3第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程爭(zhēng)奪戰(zhàn)的主要表現(xiàn)①各國(guó)政府競(jìng)相制定發(fā)展規(guī)劃,實(shí)行優(yōu)惠政策,投入巨額資金,以促進(jìn)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;②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(gòu)和重組熱潮;③在發(fā)達(dá)國(guó)家,以基因工程產(chǎn)品為研發(fā)對(duì)象的公司、企業(yè)如雨后春筍般不斷地建立起來;④基因工程產(chǎn)品的商品化速度明顯加快,投放市場(chǎng)的新產(chǎn)品迅速增加。41.1全球性的基因工程爭(zhēng)奪戰(zhàn)4第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月美國(guó)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(gè)國(guó)家,多數(shù)基因工程藥物都首創(chuàng)于美國(guó)。美國(guó)在生物技術(shù)制藥產(chǎn)業(yè)舞臺(tái)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(guó)已有2000家生物技術(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(chǎng)資本總額在2000年達(dá)到約3300億美元,每年投入的研究經(jīng)費(fèi)達(dá)50億美元以上。2000年美國(guó)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(guó)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力之一。5美國(guó)的基因工程5第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月6美國(guó)的基因工程圖1-1歷年來美國(guó)FDA批準(zhǔn)的基因工程藥物數(shù)目6第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月日本在基因工程研究方面起步雖較晚,但由于它有堅(jiān)實(shí)的工業(yè)微生物和化學(xué)工程基礎(chǔ),加之政府對(duì)基因工程研究十分重視,一直在奮起直追美國(guó),故進(jìn)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(guó)。日本很多基因工程藥物生產(chǎn)公司都在加強(qiáng)向美國(guó)和歐洲開拓市場(chǎng),也紛紛看好中國(guó)市場(chǎng),以各種方式進(jìn)入中國(guó)。如日本麒麟啤酒公司與中國(guó)藥廠合作,G-CSF從原料到分裝都在中國(guó)進(jìn)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(dá));日本大冢也在籌劃建廠生產(chǎn)干擾素。7日本的基因工程7第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月歐洲各國(guó)把生物技術(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品視為強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。歐洲生物技術(shù)市場(chǎng)資本總額與美國(guó)相近,而且投資額幾乎成倍增長(zhǎng)。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(jìn)展很快。德、英、法等國(guó)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(guó)。特別是德國(guó),其生物技術(shù)水平僅次于美、日,居世界第三位。8歐洲各國(guó)的基因工程8第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月我國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)的研究和開發(fā)起步較晚,但我國(guó)對(duì)生物技術(shù)制藥的發(fā)展十分重視,在國(guó)家有關(guān)科技計(jì)劃,特別是“863”計(jì)劃的大力支持下,這一領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展,逐步縮短了與先進(jìn)國(guó)家的差距,已經(jīng)開始步入國(guó)際先進(jìn)國(guó)家行列,具備了一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。當(dāng)前,我國(guó)已有生物制藥企業(yè)200多家,其中有生產(chǎn)能力的企業(yè)60多家。我國(guó)基因工程制藥產(chǎn)業(yè)已粗具規(guī)模,產(chǎn)品主要是基因工程藥物和疫苗,生產(chǎn)品種有21種,產(chǎn)值逐年增長(zhǎng),2000年產(chǎn)值近30億元人民幣。9我國(guó)的基因工程9第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月10我國(guó)的基因工程10第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月在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(jì)算機(jī),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(duì)pH的敏感性、改進(jìn)蛋白質(zhì)對(duì)熱的耐性、改進(jìn)抗原的特點(diǎn)等。111.2蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展11第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月①美國(guó)Cetus公司的美籍華人麥富智,用多核苷酸位點(diǎn)特異性誘變的方法,將β-干擾素中的兩個(gè)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。②英國(guó)皇家理工學(xué)院的Fersht和劍橋分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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。121.2蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展12第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程技術(shù)的應(yīng)用也有力地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的發(fā)展。它的影響所涉及的有疾病的臨床診斷、遺傳病的基因治療、新型疫苗的研制以及癌癥和艾滋病的研究等諸多科學(xué),并且均已取得了相當(dāng)?shù)某删汀Ｔ缭诨蚬こ虅倓傉Q生的時(shí)候,它就被迅速地應(yīng)用于腫瘤發(fā)生和細(xì)胞癌變理論的研究,為腫瘤診斷、藥物治療、腫瘤轉(zhuǎn)移及其預(yù)防等提供了有效的新手段。這方面的重要突破是發(fā)現(xiàn)了致癌基因,弄清了腫瘤的起因。現(xiàn)在一些靠傳統(tǒng)的接種疫苗無法預(yù)防的疾病,正在通過基因克隆技術(shù)發(fā)展有效的新型疫苗。還有一些遺傳疾病如今已能在胎兒身上得到診斷,而且有希望使囊性纖維化、乳腺癌以及其他一些嚴(yán)重危害人類的疾病,在不久的將來得到有效的治療。131.3醫(yī)學(xué)科學(xué)研究取得巨大成就13第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月

1990年,美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的BlaseRM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(guó)都掀起了研究基因治療的熱潮。2000年法國(guó)巴黎內(nèi)克爾兒童醫(yī)院利用基因治療,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(guó),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(dá)到了596個(gè),癌癥居基因治療的首位,總共376個(gè)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(jì)到2010年基因治療的市場(chǎng)將達(dá)到430億美元左右。我國(guó)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?！熬盼濉逼陂g,在基因?qū)牒突蛑委熍R床試驗(yàn)等方面都取得了很大進(jìn)展,目前已有6個(gè)基因治療方案進(jìn)入臨床研究。最近,由北京大學(xué)心血管研究所進(jìn)行的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子基因治療阻塞性血管疾病的研究,已進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段,是繼美國(guó)之后第二個(gè)進(jìn)行此項(xiàng)臨床試驗(yàn)的國(guó)家。141.4基因治療技術(shù)取得重大進(jìn)展14第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月目前已研制成功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(zhǎng)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(dá)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(dá)到了500多億美元,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(zhǎng),大大高于全醫(yī)藥行業(yè)年均不到10%的增長(zhǎng)速度。152基因工程與生物制藥15第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月162.1基因工程制藥發(fā)展態(tài)勢(shì)國(guó)家發(fā)展策略投入資金臨床試驗(yàn)上市品種產(chǎn)值美國(guó)支持基礎(chǔ),創(chuàng)新,主導(dǎo)領(lǐng)先水平100億USD/年370(2000.6)110(2000)27(2001.1～6)200億USD/年日本合作,實(shí)用化,信息化2000億日元/年50種以上505000億日元/年德國(guó)創(chuàng)新,轉(zhuǎn)讓,加大投入

1006812(2001.1～5)

中國(guó)重視,優(yōu)先,優(yōu)惠

20多種2030億人民幣16第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月人胰島素(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(zhǎng)期以來,其來源僅僅是從動(dòng)物的胰臟中提取,而動(dòng)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(zhǎng)期注射人體時(shí),產(chǎn)生自身的免疫反應(yīng),影響治療效果。自20世紀(jì)80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。172.2主要基因工程藥物簡(jiǎn)介17第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)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(guó)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(dá)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(gè)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素快2～3倍;另有報(bào)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%。182.2主要基因工程藥物簡(jiǎn)介18第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月人生長(zhǎng)激素(humangrowthhormone,hGH)人生長(zhǎng)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(zhǎng)。最近發(fā)現(xiàn)hGH對(duì)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(yàn)認(rèn)為hGH對(duì)慢性腎功能衰竭和Turner綜合癥也有很好療效。美國(guó)的Genentech公司采用枯草桿菌系統(tǒng)表達(dá)hGH,產(chǎn)量達(dá)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(guó)Cellteck公司用哺乳動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)的hGH,比從垂體中提純的天然hGH多一個(gè)蛋氨酸,其治療效果更為顯著。我國(guó)用E.Coli和哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)hGH,早已完成中試,1995年開始進(jìn)行臨床試驗(yàn),現(xiàn)已有兩家公司投入工業(yè)生產(chǎn)。192.2主要基因工程藥物簡(jiǎn)介19第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月干擾素(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)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:①干擾素必須是一種蛋白質(zhì);②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(jìn)行轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯出具有種屬特異性的干擾素;③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;④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α、β、γ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(duì)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:①抗侵入細(xì)胞內(nèi)有害微生物活性;②抗細(xì)胞分裂活性;③調(diào)節(jié)免疫功能活性。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(dòng)物細(xì)胞中表達(dá)。α、β、γ三型基因工程干擾素都已研制成功,產(chǎn)品已投放市場(chǎng),用于治療的病種達(dá)20多種。我國(guó)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。202.2主要基因工程藥物簡(jiǎn)介20第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月白細(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(dá)16種之多,它們的生物學(xué)功能十分廣泛,主要功能有:①激活并刺激T、B淋巴細(xì)胞的增殖和分化;②刺激巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞的活性;③作為各種細(xì)胞的絲裂原;④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(jìn)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(chǎng)。國(guó)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(qiáng)的新型IL-2(125Ser-IL-2和125Ala-IL-2),現(xiàn)已獲準(zhǔn)臨床應(yīng)用。212.2主要基因工程藥物簡(jiǎn)介21第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月集落刺激因子(Colony-StimulatingFactor,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(zhǎng)因子。現(xiàn)在已知的CSF主要有4種:①粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF);②巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF);③粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF);④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,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(duì)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(jìn)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(dá)。1991年美國(guó)FDA已批準(zhǔn)G-CSF和GM-CSF作為新藥投入市場(chǎng)。美國(guó)預(yù)測(cè)2000年G-CSF的年銷售額將達(dá)到20～30億美元。我國(guó)研制的GM-CSF和G-CSF已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,即將進(jìn)行試產(chǎn)。目前CSF的蛋白質(zhì)工程研究主要有:

(1)將GM-CSFN端1～11位氨基酸刪除,得到生物活性明顯提高和受體親和活性增強(qiáng)的GM-CSF(12～127)突變體;

(2)將單核細(xì)胞趨化激活因子(MCAF)與GM-CSF