第三章基因工程制药1节

第三章基因工程制药基因工程的基础知识第一节 基因的概念与特性一、基因的概念 :DNA分子中含有 特定遗传信息 的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。早期认为遗传物质是蛋白质， 1944年Avery从肺炎链球菌转化实验证明是 DNA。A： S有夹膜致病菌， B： R突变非 致病菌 ， C： 加热杀死 S菌， D：活 R死 S二、基因的一般特性： 基因可自我复制 基因决定蛋白质结构 基因可突变。基因按功能分为： 结构基因 调控基因三、 DNA的结构与性能 DNA的结构：四种核苷酸（ A、 T、 C、 G） 连接。 DNA二级结构双螺旋结构。 DNA的性质与功能 吸收光谱 260 电场中泳动 变性、复性、杂交第二节 DNA的复制与表达一、 DNA的复制：半保留复制二 、 基因表达 转录：在 RNA聚合酶的催化下以DNA为模板合成 mRNA的过程。转录后加工：剪切：除去内含子加帽： 5加 m7Gppp加尾： 3加 poly（ A）二、 翻译： 以 mRNA为模板，tRNA作为运载工具，将活化的氨基酸在核糖体上合成蛋白质的过程 。 分为三个阶段： 起始 延长 终止基因表达真核细胞的翻译过程 翻译后的肽链加工肽链切断 羟基化 糖基化 磷酸化 乙酰化基因工程制药第一节 概 述20世纪 70年代基因工程诞生最先应用在医药科学领域。1982年 第一个基因工程产品 -人胰岛素 在美国问世。优点 :大量生产、应用临床、深入研究、扩大应用、改造不足、扩大了药物筛选来源 。基因工程药物n 基因工程药物和制剂很珍贵，用传统方法很难生产，由于材料来源困难或制造技术问题而无法大量生产，但用基因工程可以得以解决。 主要是医用活性蛋白和多肽类：（ 1） 免疫性蛋白 ，如各种抗原和单克隆抗体（ 2） 细胞因子 ，如各种干扰素、白细胞介素、表皮生长因子、凝血因子等（ 3） 激素 ，如胰岛素、生长激素、心钠素等（ 4） 酶类 ，如尿激酶、链激酶、葡激酶、超氧化物 歧化酶等利用基因工程技术生产药品的优点（ 1） ： 大量生产过去难以获得的生理活性 蛋白和多肽 (如胰岛素、干扰素、细胞因子等 )，为临床使用提供有效的保障； 可以提供 足够数量的生理活性物质 ，以便对其生理、生化和结构进行深入的研究，从而扩大这些物质的应用范围； 可以 发现、挖掘更多的内源性生理活性物质 ；利用基因工程技术生产药品的优点（ 2）： 内源生理活性物质在作为药物使用时 存在的不足之处，可以 通过基因工程和蛋白质工程进行改造和去除 。如 白细胞介素 -2的第 125位半胱氨酸 是游离的，有可能引起 SS 键的错配而导致活性下降，如 将此半胱氨酸改为丝氨酸或丙氨酸 ，白细胞介素 -2的 活性 以及 热稳定性 均有提高 。 利用基因工程技术可 获得新型化合物 ， 扩大药物筛选来源 。n 国际上已进入临床试验的 抗肿瘤 重组导向毒素n 基因工程 抗肿瘤药物n 目前进入临床试验的基因组重组 抗血管生成药物n 转基因养殖动物 的乳汁产生的人生物医药n 转基因植物 生产的药物蛋白n 部分基因工程药物简介：1、人胰岛素 (InsuIin)胰岛素是多肽激素的一种，具有多种生理功能，在维持血糖恒定，增加糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白质的合成、调节与控制细胞内多种代谢途径等方面都有重要作用。 胰岛素用于临床糖尿病的医治已有近 70年的历史，长期以来， 其来源仅仅是从动物的胰脏中提取 ，而动物胰岛素与人胰岛素在氨基酸组成上存有一定的差异，长期注射人体时会产生 自身免疫反应 ，影响治疗效果。自 80年代初开始，人们已开始用基因工程技术大量生产人胰岛素。n 人胰岛素的基因工程生产一般采用 两种方式： 一是分别在大肠杆菌中合成 A链和 B链，再在体外用化学方法连接两条肽链组成胰岛素。 美国 EIi Lilly公司采用该法生产的重组人胰岛素 Humulin最早获准商品化；n 另一种方法是用分泌型载体表达胰岛素原，如丹麦 Novo Nordisk公司用重组酵母分泌产生胰岛素原，再用酶法转化为人胰岛素。对胰岛素的改造n Novo Nordisk研究所的 Brange等应用蛋白质工程技术在胰岛素分子中 取代一个氨基酸残基 ，防止单体二聚化，由此合成的新型胰岛素在药物浓度下基本上保持单体，注射后吸收速度比正常胰岛素 快 2-3倍 ；另有报道将胰岛素 B链 第 10位的 His变为Asp获得高活力胰岛素 B10Asp， 其受体结合能力和离体生物活力分别为猪胰岛素的262和 235。2人生长激素 (Human growth hormone， hGH)n 人生长激素是人的垂体腺前叶嗜酸细胞分泌的一种非糖基化多肽激素。它有 多种生物功能，主要是刺激身体生长 。最近发现 hGH对一些细胞的增殖和分化以及 DNA合成有直接效应。 hGH的主要用途是治疗 诛儒症，临床试验认为 hGH对慢性 肾功能衰竭 和Turner综合症 也有很好疗效。n 美国的 Genentech公司 采用 枯草芽泡杆菌 系统表达 hGH，产量达 1.5g/L，于 1985年 10月批准上市，商品名称为 Prptropin(hGH)。 1994年 3月又有新产品 Nutyopin被批准上市。 英国 Cell teck公司 用哺乳动物细胞生产的 hGH，比从垂体中提纯的天然 hGH多一个蛋氨酸 ，其 治疗效果更为显著 。我国用 E.coli和哺乳动物细胞表达 hGH， 1995年开始进行临床试验做完临床试验后有两家公司进行工业化生产。3、干扰素 (Interferon， IFN)干扰素是一类在同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质，其活性的发挥又受细胞基因组的调节和控制，涉及 RNA和蛋白质的合成。 干扰素是一种类似多肽激素的细胞功能调节物质，是一种细胞素。其定义包括如以下含义：(1)干扰素必须是一种 蛋白质 ；(2)在一般生理状态下， 细胞的干扰素基因呈静止状态 ，只有在特定诱生剂作用下进行转录并转译出具有种属特异性的干扰素；(3)干扰素本身不能直接灭活病毒 ，而是细胞在干扰素作用后 产生出多种抗病毒蛋白。从而阻断病毒的繁殖；(4)干扰素必须具有 广谱抗病毒活性 。n 根据抗原特异性和分子结构的不同，干扰素可分为 、 、 三型。干扰素的基本特性包括种属特异性、作用 “广谱性和选择性 ”、相对无害性和特殊稳定性等。干扰素的 生物功能活性 可归纳为： (1)抗细胞内侵害微生物活性， (2)抗细胞分裂活性， (3)调节免疫功能活性。 干扰素在临床上主要用于 治疗 恶性肿瘤 和 病毒性疾病 。n 我国卫生部已批准生产的干扰素品种有：IFN1b、 IFN2a、 IFN2b和 IFNr四种。4白细胞介素 (Interleukin, IL)白细胞介素是由白细胞或其他体细胞产生的又在白细胞间起调节作用和介导作用的因子， 是一类重要的免疫调节剂 。目前已发现的白细胞介素已达 15种之多，它们的生物学功能十分广泛 主要功能有 ：(1)激活并刺激 T、 B淋巴细胞的增殖和分化；(2)刺激巨噬细胞和粒细胞的活性；(3)作为各种细胞的丝裂原；(4)其他功能 (抗肿瘤作用、诱导发热、作为佐剂等 )。白细胞介素在临床上主要用于 治疗恶性肿瘤和病毒性疾病 (如乙型肝炎、艾滋病等 )。n 随着分子生物学的进展，各种白细胞介素的基因也相继克隆成功， 并制成基因工程白细胞介素纯品，其中有几种已投放市场 。同内 IL-2已批准生产， IL-3、 IL-4和 IL-6等其他白细胞介素也正在研制中。应用蛋白质工程技术在 IL-2中 125位 Cys分别由 Ser或 Ala取代，制成 生物活性、热稳定性和复性效果 都比原 IL-2强的新型 IL-2(125Ser-IL-2和 125Ala-IL-2)，现己获准临床应用。5. 集落刺激因子 (Colony stimuLating factor, CSF)集落刺激因子 (CSF)是一类能参与造血调节过程的糖蛋白分子，故又称 造血刺激因子 或 造血生长因子 。 CSF的功能可概括为 ： 刺激造血细胞增殖、维系细胞存活、分化定型、刺激终末细胞的功能活性等。 近年来的研究表明， CSF还参与 对成熟细胞的功能调节 ，并在 宿主抗感染免疫中 起着重要作用。现在已知的集落刺激因子 (CSF)主要有 4种： (1)粒细胞集落刺激因子 (G-CSF)； (2)巨噬细胞集落刺激因子 (M-CSF)； (3)粒细胞 巨