生物技术与人类生活9生物技术与人类健康ppt课件

9生物技术与人类健康 学习目的 认识医学领域是现代生物技术应用最广泛、成 绩最显著、发展最迅速的领域。了解生物技术对疫 苗生产、疾病诊断、生物制药等领域的影响；了解 生物技术对人类健康、延长人类寿命、提高生活质 量所具有的不可估量的作用。 n 医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、 成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一 个领域。 n 生产常规方法不能生产的药品或制剂。 n 生产灵敏度高、反应专一、实用性强的临床 诊断新试剂。 n 提供安全性能好、免疫能力强的新一代疫苗 。 生物技术与人类健康 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康 引言 n 广义的疫苗是指将病原微生物（如细菌、 立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经 过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法 制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。 其中，由细菌制成的称为菌苗；由病毒、 立克次体、螺旋体等制成的称为疫苗。 9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗 9.1.1 疫苗概说疫苗概说 生物技术与人类健康 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康 n 公元 10世纪，在宋朝的真宗时代，我国 就有了接种人痘预防天花的记载。 n 1796年英国医生 Jenner发现用牛痘代替 人痘接种同样可预防天花。 n 特点：直接用未减毒的病原体作为疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.1 疫苗概说 疫苗的发展历史疫苗的发展历史 早期疫苗 第一代疫苗 19世纪中叶，法国科学家 Parsteur首先 发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒 或弱化制成疫苗，称之为第一代疫苗。 特点： 以减毒、弱化或灭活的病原体 做疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.1 疫苗概说 第二代疫苗 (基因工程疫苗 ) 将病原体的抗原（某种蛋白质）基因 克隆在细菌或真核细胞内，利用其生产的 病原体抗原作为疫苗。 特点： 利用病原体的 某些抗原成分作为疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.1 疫苗概说 第三代疫苗 (核酸疫苗 ) 将含有编码病原体抗原基因序列的质 粒载体直接作为疫苗，经肌肉注射或微弹 轰击等方法导入体内，通过宿主细胞表达 系统表达抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗 原蛋白的免疫应答。 特点： 用含有病原体抗原基因序列的 质粒载体直接作为疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.1 疫苗概说 Ab Ag 静止 B 细胞 辅佐细胞 ( 巨噬细胞） 静止 T 细胞 病原微生物 激活 记忆 B 细胞 浆细胞 活化的 T细胞激活 9.1.2 免疫系统及疫苗的作用机理免疫系统及疫苗的作用机理 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 n 艾滋病 ： 人类和灵长类动物免疫缺陷 型严重疾 病。 1999年，全世界已有 3400万人感染了艾滋病病毒，其中 1600万人死于艾滋病。每天估计有 1.6 万人受到感染。 n 乙型肝炎： 乙型肝炎患者及健康带毒 者在我国大约有 1.3亿人，每 10个人就 有一个。 n 流感病毒： 人类的常见病和多发病。 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗 1981年年 Edman等克等克 隆了该抗原基因并大隆了该抗原基因并大 量表达。量表达。 美国、日本采用酵母 表达系统生产表面抗 原而制成 疫苗。 以色列等国采用仓鼠 细胞生产疫苗。 我国可采用以上两种 表达系统生产疫苗。 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗 乙型肝炎病毒（ HBsAg） 生物技术与人类健康 9.1.3 病毒性疾病的疫苗 n 国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市 。 n 我国使用的减毒疫苗也取 得了很好的效果。国内基 因工程空壳甲肝病毒及痘 苗活病毒疫苗也显示了很 好的免疫原性。 生物技术与人类健康 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗 甲型肝炎病毒 n 戊型肝炎是乙肝和甲肝之外的又一种重要的病 毒性肝炎。在临床症状上与甲肝相似 , 患者有明 显的乏力、食欲减退、恶心、呕吐，部分患者 可出现黄疸。 n 接种疫苗是预防戊肝的最好办法。不过，迄今 为止世界上仍未有疫苗获批上市。厦门大学 国 家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心 科 研人员经过艰苦的联合攻关，首次成功地利用 大肠杆菌表达系统获得了戊型肝炎类病毒颗粒 ，目前正准备进入 III期临床试验。如果获得成 功，该疫苗将成为继乙肝疫苗之后 ,世界上第二 个基因工程病毒疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗 戊型肝炎病毒 n 丙型肝炎是由丙肝病毒（ HCV）所引起，是通 过输血或血制品、破损的皮肤和黏膜、静脉注 射毒品、性传播、母婴传播等传染引起的。丙 型肝炎病毒感染后，大部分患者转为慢性肝炎 ，其中部分患者可发展为肝硬化甚至肝癌。对 感染者的危害远大于乙肝病毒感染。 n 由于丙型肝炎病毒目前尚未能培养成功。而且 丙肝病毒还存在着高突变率，尤其是包膜区的 多变性，目前已知至少存在 6种不同基因型的病 毒，各型之间的异源性高达 25% 30%，给丙 肝疫苗的研究带来了重重困难。这也是为什么 至今仍未见有丙肝疫苗上市的原因之一。 生物技术与人类健康 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗 丙型肝炎病毒 生物技术与人类健康 9.1.3 病毒性疾病的疫苗 9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗 HIV模式图 n 艾滋病疫苗的研究主要是通过克隆病 毒外膜蛋白和 gp160及 gp120基因后在 不同的表达系统中表达，以获得基因 工程疫苗 。目前该疫苗大多处于临床 试验阶段 ,尚未大规模使用。 生物技术与人类健康 9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗 电子显微镜 下的 HIV 小儿麻痹症疫苗 小儿麻痹症是由脊髓灰质炎病毒引起 的中枢神经系统疾病。通过基因工程方法 改变脊髓灰质炎病毒的基因结构，获得弱 化了的脊髓灰质炎病毒，用它研制成了小 儿麻痹口服疫苗。通过基因工程方法制得 脊髓灰质炎病毒衣壳蛋白 VP1、 VP2和 VP3 作为注射疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.3 病毒性疾病的疫苗 9.1.3.3 其他病毒性疾病疫苗其他病毒性疾病疫苗 流感疫苗 流感病毒极易发生变 异 , 能逃避抗体的作用。 所以长期未有有效的疫 苗面市。 1993年 Ulmer首 先将流感病毒高度保守 的 NP基因插入质粒中制 成核酸疫苗免疫小鼠， 并取得了令人满意的效 果。 生物技术与人类健康 9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗 流感病毒 狂犬病疫苗 狂犬病疫苗是继天花之后，人类最早 应用的第二个疫苗。狂犬病疫苗经历了脑 组织细胞培养、基因工程、合成肽及抗独 特型抗体疫苗等几个发展阶 段。最近又发展了动物实验效 果较好且更为安全的金丝雀痘 病毒活疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗 狂犬病毒 疱疹病毒疫苗 EB（ Epstein-Barr）病毒是 5种疱疹病 毒之一。在非洲，这种病毒主要侵染 B淋巴 细胞引起波克梯氏淋巴瘤，在地中海地区 及包括我国在内的亚洲地区则主要浸染口 、咽上皮细胞引起鼻咽癌。现在已成功地 构建 EB病毒膜抗原的重组痘苗病毒，以及 中国仓鼠表达系统，并完成了成人、儿童 和幼儿的免疫观察。 生物技术与人类健康 9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗 n 将多种病原体的相关抗原融合在一起 ，产生一种带有多种病原体抗原的融 合蛋白。将多种病原体相关抗原克隆 在同一个载体（多价表达载体）上。 n 美国于 1986年 10月首先研制了一种含 有疱疹病毒、肝炎病毒和流感病毒的 疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.3 病毒性疾病的疫苗 9.1.3.4 基因工程多价疫苗基因工程多价疫苗 n 霍乱疫苗接种已有 100多年的历史，传 统疫苗是采用肌肉注 射的灭活或减毒霍乱 弧菌菌体苗。效果不 佳，副作用大，已被 WHO宣布不再推荐此 疫苗的应用。 9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 9.1.4 细菌性疾病的疫苗 n 根据霍乱弧菌的致病机理，科学家们 利用基因工程技术研制了重组 B亚单位 疫苗，是已被 WHO推荐应用的疫苗。 n 我国军事医学科学院生物工程研究所 经过十多年的研究研制出了国家一类 新药 rBS-WC口服霍乱疫苗，并已上市 。 生物技术与人类健康 9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗 n 1976年起利用犰狳研制麻风疫苗。 n 美国 Young和 Whitehead生物医学研究所和麻省 理工学院生物学系等单位合作，将麻风杆菌的 DNA片段重组到大肠杆菌的 -半乳糖苷酶基因上 ，将这种融合基因再重组到 gt11载体中，由此 获得了 -半乳糖苷酶和麻风杆菌基因编码的蛋 白质的融合蛋白。 Bloom等人则将麻风杆菌的基 因克隆到活的卡介苗中制备成多价疫苗。 生物技术与人类健康 9.1.4 细菌性疾病疫苗细菌性疾病疫苗 9.1.4.2 麻风杆菌疫苗麻风杆菌疫苗 n 幽门螺杆菌的灭活全细胞 或经超声波破碎后的无细 胞提取物均具有一定的免 疫原性。 n 1995年 Lee等人报道用 HP 的尿素酶及大肠杆菌不耐 热肠毒素为佐剂免疫小鼠 ，可产生保护性抗体 。 9.1.4.4 幽门螺杆菌疫苗幽门螺杆菌疫苗 生物技术与人类健康 9.1.4 细菌性疾病疫苗细菌性疾病疫苗 目前疟原虫的基 因工程疫苗有抗子孢 子疫苗，如 CSP蛋白 质；抗裂殖子疫苗； 抗配子母细胞疫苗等 。 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 9.1.5 寄生虫病疫苗寄生虫病疫苗 9.1.5.1 疟原虫疫苗疟原虫疫苗 9.1.5.2 血吸虫疫苗 血吸虫基因工程疫苗主要有两 大类：一类是虫体蛋白质，如 28 kDa蛋白和 25kDa蛋白的基因工程疫 苗就具有良好的抗原性；另一类是 酶性抗原，如谷胱甘肽 S-巯基转移 酶（ GST）、 3-磷酸甘油醛脱氢酶 （ GAPDH）、超氧化物歧化酶（ SOD）、磷酸葡萄糖同分异构酶（ TPI）等候选抗原。 生物技术与人类健康 9.1.5 寄生虫病疫苗 n DNA疫苗是利用克隆于载体上的抗原基因直接 注射机体（包括皮下、皮内或肌肉等）、口服 、鼻内滴注、鼻腔喷雾及阴道接种等方式，被 细胞摄取并在细胞内表达相应的抗原，通过不 同途径诱导机体的特异免疫应答。 n DNA疫苗的最大优点易于制备、便于保存、基 因在细胞的持续表达可达到持续免疫的效果并 且易于制成多联多价疫苗。 n 缺点是 DNA是否会整合到染色体上而引起严重 的后果，是否会引起免疫病理作用，如诱发自 身抗核抗体，是否会产生免疫耐受等问题仍有 待研究与观察。 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 9.1.6 DNA疫苗疫苗 9.1.7.1 精子避孕疫苗 主要有乳酸脱氢酶 C- 4、 SP-10、顶体蛋白 、 FA-1、 AH-20和 PH -20等几种。同时，利 用基因工程技术已成 功地克隆了多个蛋白 质基因。 头 尾 线粒体 顶体 （ 顶体蛋白 ） 鞭毛 核 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 9.1.7 避孕疫苗避孕疫苗 9.1.7.2 激素类避孕疫苗 精子和卵子的产生过程、受精过程以及 妊娠过程需要多种激素的参与。人们设想以 这些激素作为抗原 , 免疫男性或女性以产生相 应的中和抗体，降低机体内相应的激素水平 使得精子或卵子不能产生或不能受精或不能 怀孕，同样可以达到避孕的目的。目前进入 临床试验的已有人绒毛膜促性腺激素（ HCG ）、促性腺激素释放激素（ GnRH）和绵羊促 卵泡激素（ oFSH）等。 生物技术与人类健康 9.1.7 避孕疫苗 n 所谓治疗性疫苗是指有别于传统的对传染病有预 防作用的疫苗，而是指具有积极治疗意义的一类 新型疫苗。 n 预防性疫苗主要针对健康的人群，目的是预防， 所以其普遍性、安全性和有效性是非常重要的， 因此靶抗原主要以病原体或其自身的组成成分为 主；而治疗性疫苗则是针对少数感染或患病个体 ，目的是治疗，因此它注重的是个体的病理学特 殊性，针对性较强，靶位的选择趋于特殊性。 9.1.8 治疗性疫苗治疗性疫苗 生物技术与人类健康 9.1 生物技术与疫苗 n 非特异性疫苗 是指具有增强肌体免疫系统 的活性的疫苗。如病毒性疾病（如丙型肝 炎、乙型肝炎、艾滋病等）的治疗性疫苗 以及肿瘤疫苗。 n 特异性疫苗 则是指用于治疗某一特定疾病 的疫苗。如自身免疫性疾病疫苗，如多角 性硬化病、系统性红斑狼疮等；心血管疾 病疫苗，如动脉粥样硬化和高血压；认知 性疾病，如朊病毒疾病、亨廷顿舞蹈病、 阿尔茨海默病等。 生物技术与人类健康 9.1.8 治疗性疫苗 ELISA： 酶联免疫吸附检测技术 (enzyme linked immunosorbent assay) 9.2.1.1 ELISA技术的原理技术的原理 生物技术与人类健康 9 生物技术与人类健康 9.2.1 ELISA技术与单克隆抗体技术与单克隆抗体 9.2 生物技术与疾病诊断 测定抗体的 测定抗原的 间接 ELISA法 双抗体夹心法 底物 显色产物 酶 Ab Ab Ag 9.2.1.2 常用常用 ELISA 诊断技术诊断技术 生物技术与人类健康 9.2.1 ELISA技术与单克隆抗体 ELISA检验必须首先制备大量的抗原 传统的抗原制备方法本身存在很大的危险 ，因为制造抗原时，要大量培养病原体，如果 这些病原体逸出，将会造成很大危害；其次， 产品的质量难以控制，难以标准化，从而导致 各批次产品质量的差异；再次，生产费用高， 特别是那些体外不能培养的病原体更是如此。 基因工程抗原可以克服上述的不足。 9.2.1.3 基因工程抗原基因工程抗原 生物技术与人类健康 9.2.1 ELISA技术与单克隆抗体 多克隆抗体 由于一个抗原往往会有多个抗原决定 簇，直接免疫动物后，从被免疫的动物的 血清制备的抗体是一种含有可分别与多个 抗原决定簇结合的多种抗体的混合物，这 种混合物称之为多克隆抗体。 9.2.1.4 多克隆抗体与单克隆抗体多克隆抗体与单克隆抗体 生物技术与人类健康 9.2.1 ELISA技术与单克隆抗体 单克隆抗体 利用细胞融合技术，在体外大量 培养融合细胞，由融合细胞产生大量 的抗体。单克隆抗体只识别某一特定 的抗原决定簇，所以它具有特异性强 、成分均一、灵敏度高、产量大、容 易标准化生产等优点而明显优于多克 隆抗体。 生物技术与人类健康 9.2.1.4 多克隆抗体与单克隆抗体多克隆抗体与单克隆抗体 1978年 Kan和 Dozy首先应用羊水细胞 DNA限制性片段长度多态性（ RFLP）做镰 状细胞贫血症的产前诊断，从而开创了 DNA诊断的新技术。 20多年来， DNA诊断 技术取得了飞速的发展，建立了多种多样 的检测方法，这些检测方法可以用于遗传 性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的 诊断。 生物技术与人类健康 9.2 生物技术与疾病诊断 9.2.2 DNA诊断技术诊断技术 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.1 DNA探针杂交技术 PCR: polymerase chain reaction， 即聚合酶链式反应技术是一项体外扩增 特异 DNA片段的技术。 特点： 灵敏度极高，可以检测极微 量的病原体。但如果操作不当很容易产 生假阳性反应。 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.2 PCR技术技术 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 利用利用 PCR诊断遗传病 遗传病的诊断包括 ： 临症诊断（ symptomatic diagnosis）： 是指遗传病出 现临床症状后所做的诊断。 症状前诊断（ presymptomatic diagnosis）： 是指临床 症状出现前所做的诊断。 产前诊断： 胎儿出生前所做的诊断。由于目前大多数遗 传病无有效的治疗方法，因此产前诊断对于降低遗传病 的发病率，提高人口素质具有重要的意义。 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 n 夫妇之一有染色体畸变。 n 35岁以上的高龄产妇。 n 夫妇之一有开放性神经管畸形。 n 夫妇之一有先天性代谢缺陷。 n X-连锁遗传病基因携带者孕妇。 n 有原因不明的习惯性流产的孕妇。 n 羊水过多的孕妇。 n 夫妇之一有致畸因素接触史的孕妇。 n 具有遗传病家族史，又系近亲结婚的孕妇 。 需要进行产前诊断的对象需要进行产前诊断的对象 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 可利用 PCR技术诊断的部分传染因子 病毒 细菌 寄生虫 单纯性疱疹病毒 大肠杆菌 衣原体 肝炎病毒 沙门氏菌 锥虫 巨细胞病毒 耶尔森氏菌 丝虫 腺病毒 分支杆菌 疟原虫 风疹病毒 弯曲菌 血吸虫 Epstein-Barr病毒 军团菌 利什曼原虫 轮状病毒 博代氏杆菌 旋毛虫 乳头状瘤病毒 弧菌 小泰氏梨浆虫 人免疫缺陷病毒 链球菌 弓形虫 细小病毒 葡萄球菌 鼻病毒 淋病奈瑟氏菌 立克次氏体 支原菌 生物技术与人类健康 9.2.2.2 PCR技术 利用 PCR诊断传染病 限制性片段长度多态性（ RFLP）是指由于 碱基的改变导致 DNA上的某一限制性内切核酸 酶水解位点增加或减少。当这种 DNA用内切酶 水解时，产生的 DNA片段数将相应的增加或减 少，并且其 DNA片段的分子质量也发生相应的 改变，这种 DNA片段的变化就称为限制性片段 长度多态性。 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.3 PCR-RFLP技术技术 生物技术与人类健康 9.2.2.3 PCR RFLP技术 RFLP： restriction fragment length poly- morphism,限 制性片段长 度多态性。 许多遗传性疾病就是由于 DNA上 碱基的改变引起的。如果这种改变正 好增加或减少了 DNA限制性内切核酸 酶的水解位点 ,那么就可以用 PCR技术 先扩增包括这一突变位置在内的 DNA 片段，获得大量的 DNA片段后通过 RFLP方法进行分析。 生物技术与人类健康 9.2.2.3 PCR RFLP技术 生物技术与人类健康 9.2.2.3 PCR RFLP技术 n ASO称为等位基因寡核苷酸。 PCR-ASO的检 测方法是将待测的样品先经 PCR扩增获得大 量的待分析的 DNA片段，然后将这些片段分 别点样在固相支持膜（如尼龙膜）上。另 一方面，人工合成包括突变热点在内的 17 30个核苷酸的正常的和突变的寡核苷酸 ，并分别进行放射性同位素标记成为寡核 苷酸探针。利用这两种探针分别与膜上的 PCR产物进行杂交。 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.4 PCR-ASO技术技术 目前发现的遗传病中，许多疾病并不 是基因的缺失或与限制性内切核酸酶水解 位点有关联的点突变。绝大部分只是一些 单纯的碱基突变，每一种遗传性疾病都有 一些经常发生突变的位点，称为突变的热 点。 生物技术与人类健康 9.2.2.4 PCR ASO技术 该方法是 PCR技术和 ELISA技术的 结合，所以它是一种两级放大系统， 即 PCR放大和 ELISA放大，故而它的灵 敏度更高。同时这种方法避免了 PCR 产物分析时的电泳及染色过程，所以 更为快速简便。 9.2.2.5 PCR-ELISA技术技术 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 该方法称为聚合酶链反应 -DNA单 链构型多态性，原理是利用正常的和 突变的 DNA单链在三维空间构型上的 差异，这种差异在电泳时将会有不同 的电泳格局。 9.2.2.6 PCR-SSCP技术技术 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 该方法称为聚合酶链反应 -变性梯度凝胶电泳 技术，是将正常基因和突变基因分别进行 PCR扩增 ，然后将扩增后的两种 PCR产物混合后变性再复性 。此时，可形成两种同源双链 DNA，即正常的双 链 DNA和突变的双链 DNA，及两种异源双链 DNA， 即正反两种由正常单链 DNA和突变单链 DNA形成 的双链 DNA。将此复性后的混合物在变性剂递增 梯度凝胶中电泳。混合物中的异源双链 DNA在泳 动过程中由于变性剂的递增其错配部位将逐步解 离而形成局部单链，使其泳动速度变慢，从而与 正常的同源双链 DNA分开。必要时同样可以对其 DNA序列进行分析以确定其突变类型。 9.2.2.7 PCR-DGGE技术技术 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 LCR的基本 原理 为利用 DNA连接酶，特异地将双链 DNA 片段连接，经变性 -退火 -连接三步骤反复循环，从而使 靶基因序列大量扩增。其程序为 :在模板 DNA、 DNA连接 酶、寡核苷酸引物以及相应的反应条件下，首先加热至 一定温度下 (94 95) ，使 DNA变性，双链打开，然后 降温退火 (65) ，引物与之互补的模板 DNA结合并留下 一缺口，如果与靶序列杂交的相邻的寡核苷酸引物与靶 序列完全互补， DNA连接酶即可连接封闭这一缺口，则 LCR反应的三步骤 (变性 -退火 -连接 )就能反复进行，每 次连接反应的产物又可在下一轮反应中作模板，使更多 的寡核苷酸被连接与扩增。若连接处的靶序列有点突变 ，引物不能与靶序列精确结合，缺口附近核苷酸的空间 结构发生变化，连接反应不能进行，也就不能形成连接 产物。 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.8 LCR技术技术 LCR： ligase chain reaction， 连接酶链式反 应。 生物技术与人类健康 9.2.2.8 LCR技术 利用 RFLP技术检测基因突变，除 了上述的 PCR-RFLP技术以外，还可以 利用探针分子来进行检测。 9.2.2.9 RFLP-探针杂交技术探针杂交技术 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 生物芯片主要指 通过平面微细加工技 术在固体芯片表面构 建的微流体分析单元 和系统 ,以实现对细胞 、蛋白质、核酸以及 其他生物组分的准确 、快速、大信息量的 检测技术。 生物技术与人类健康 9.2.2 DNA诊断技术 9.2.2.10 生物芯片技术生物芯片技术 生物芯片 的 主要优点 采用了平面微细加工技术 ,可实现 大批量生产 。通 过提高集成度 , 可 降低成本 。 可组装大量的 (104 106种 )生物分子探针 , 获取 信息量大 ,效率高 。 结合微机械技术 ,可把生物样品的预处理 ,基因物 质的提取、扩增 ,以及杂交后的信息检测集成为芯 片实验室 ,制备成微型、全自动化、可用于 微量 试 样检测的高度集成的 智能化生物芯片 。 生物技术与人类健康 9.2.2.10 生物芯片技术 生物技术与人类健康 9.2.2.10 生物芯片技术 诊断肿瘤 检查肿瘤组织基因表达谱、寻找肿瘤相关 基因、肿瘤基因突变的研究 。 检测病原体 将许多代表每种微生物的特殊基因制成一 张芯片 ， 判断患者感染病原 体的种类。 遗传 性 疾病 的 诊断 生物芯片在诊断上的应用生物芯片在诊断上的应用 生物技术与人类健康 9.2.2.10 生物芯片技术 NanoChip 400 System 生物技术与人类健康 9.2.2.10 生物芯片技术 v 1928年 A.Fleming发现一种被称为点青霉（ Penicillium notatum）的真菌能产生青霉素 。 v 迄今人们已经找到了 6000多种不同来源、 不同结构、不同作用机制的抗生素 ， 广泛 应用的约有 100种 。 9.3.1 抗生素及其他天然药物抗生素及其他天然药物 9.3.1.1 抗生素抗生素 9.3 生物技术与生物制药生物技术与生物制药 生物技术与人类健康 9 生物技术与人类健康 v全世界每年抗生素的产量超过 10 万吨，产值超过 50亿美元。 v抗生素使许多疾病特别是细菌引 起的传染性疾病得到了有效的控 制。 v抗生素的滥用，已使许多细菌产 生了抗药性 。 生物技术与人类健康 9.3.1.1 抗生素 v 人参组织培养 生产 人参皂甙 v 组织培养方法生产紫草 的 有效成分 紫草宁 。 v 紫杉细胞培养法及真菌发酵法生产 紫杉醇 。 （尚处于研究阶段） 9.3.1.2 其他天然药物其他天然药物 生物技术与人类健康 9.3.1 抗生素及其他天然产物 紫杉醇紫杉醇 紫杉紫杉 将有治疗意义的蛋白质基因克 隆后，导入细菌、酵母等生长旺盛 的表达系统中，使这个基因接受表 达系统中强的表达元件的控制而大 量表达， 从而 得到可供临床使用的 大量药物。 9.3.2 基因工程药物基因工程药物 生物技术与人类健康 9.3 生物技术与生物制药 v 安全，不易被 病原体 污染。 v 成本低、产量高 。 用传统技术提取 5mg的生长激素释放抑制因 子需要 50万头的绵羊脑，而用基因工程技术生产 只需 9L细菌 发酵液 。 v 生产的 蛋白质药物的性质更加稳定、 活性更高、副作用更低。 可以通过基因工程的方法对蛋白质基因的结构 加以改造以改变蛋白质结构，使 其更稳定。 优点多优点多 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 v 美国十分重视基础研究，立足于创新，因此美 国的基因制药一直处于领先水平。美国现有各 类生物技术公司 2000多家，其中 1300多家从 事医药产品的开发研究， 300多家为上市公司 。 1997年美国基因工程药物的销售额为 60亿 美元，到 2001年的产值已达 200多亿美元。 v 日本基因工程药物的年销售额也高达 几千亿日 元。 v 我国基因工程药物 数量少、 市场规模仍然十分 有限。 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 效益高 用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物 蛋白质名称 用途 促肾上腺皮质激素（ adrenocorticotrophic hormone） 治疗风湿 （ rheumatic disease） B细胞生长因子（ B-cell growth factor） 治疗免疫系统功能失调 降钙素 (calcitonin) 治疗软骨病 (osteomalacia) 集落刺激因子 (colony stimulating factor) 治疗血液病、肿瘤辅助治疗 绒毛膜促性腺激素 (chorionic gonadotropin) 治疗不排卵症 内啡肽和脑啡肽 (endorphine and enkephalin) 镇痛剂 (analgesic agent) 上皮生长因子 (epidermal growth factor) 促进伤口愈合 红细胞生成素 (erythropoietin) 治疗贫血 (anemia) 凝血因子 (factor ) 治疗血友病 (hemophilia) 凝血因子 (factor ) 治疗血友病 生长激素 (growth hormone) 促进生长 生长激素释放因子 (growth hormone releasing factor) 促进生长 胰岛素 (insulin) 治疗糖尿病 (diabetes) 干扰素 (interferon) 抗病毒抗肿瘤 白细胞介素 (interleukin) 治疗癌症 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 蛋白质名称 用途 淋巴细胞毒素 (lymphotoxin) 抗肿瘤 巨噬细胞激活因子 (macrophage activating factor) 抗肿瘤 神经生长因子 (nerve growth factor) 促进神经系统损伤的修复 血小板衍生因子 (platelet-derived growth factor) 治疗动脉粥样硬化 松弛素 (relaxin) 助产剂 血清白蛋白 (serum albumin) 血浆补充物 生长调节素 (somatomedin C) 促进生长 组织型纤溶酶原激活剂 (tissue plasminogen activator) 溶栓剂 肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor) 抗肿瘤 尿抑胃素 (urogastrone) 抗溃疡药物 尿激酶 (urokinase) 溶栓剂 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物（续表） 我国已经批准上市的基因工程药物 药品名 开发生产公司 批准时间 适应证 重组人干扰素 1b（ 外用） 长春生研所 1989年试生产 病毒性角膜炎 重组人干扰素 1b 上海生研所 1996年正式生产 乙肝，丙肝等 深圳科兴 1996年正式生产 乙肝，丙肝 重组人干扰素 2a 长春生研所 1996年正式生产 尖锐湿疣，疱疹 长生药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝 三生药生 1997年正式生产 乙肝，丙肝 大洲药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝 重组人干扰素 2b 里亚哈尔 1996年正式生产 乙肝，丙肝 华立达 1997年正式生产 乙肝，丙肝 安科 1997年试生产 乙肝，丙肝 华新 1997年试生产 乙肝，丙肝 重组干扰素 - 上海生研所 1994年试生产 类风湿 克隆 1995年试生产 类风湿 丽珠生物工程 1995年试生产 类风湿 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 药品名 开发生产公司 批准时间 适应证 重组人白细胞介素 -2 长春生研所 1997年正式生产 癌症辅助治疗 长生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗 四环制药 1997年正式生产 癌症辅助治疗 华新 1997年正式生产 癌症辅助治疗 三生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗 深圳科兴 1997年正式生产 癌症辅助治疗 中化合通 1995年试生产 癌症辅助治疗 金丝利 1995年试生产 癌症辅助治疗 康利制药 1995年试生产 癌症辅助治疗 重组人粒细胞集落刺激因子 九源 1997年试生产 化疗生白细胞 重组人粒细胞、巨细胞集落 特宝 1997年试生产 化疗生白细胞 刺激因子 我国已经批准上市的基因工程药物（续表我国已经批准上市的基因工程药物（续表 1） 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 药品名 开发生产公司 批准时间 适应症 链激酶 医大实业（上海） 1996年试生产 心梗溶栓 重组人红细胞生成素 华欣 1997年试生产 再障贫血 永铭维沃 1997年试生产 再障贫血 碱性成纤维细胞生成因子 珠海东大 1996年试生产 创伤，烧 伤 bFGF（外用） 生物技术与人类健康 9.3.2 基因工程药物 我国已经批准上市的基因工程药物（续表我国已经批准上市的基因工程药物（续表 2） 截止 2004年美国 FDA批准上市的治疗性抗体 名称 靶向抗原 适应证 抗体种类 公司 批准时间 OKT3 CD3 移植排斥 鼠 mAb Johnson 1986 ReoPro 血小板受体 冠心病 人 -鼠嵌合 Fab Centor/Lilly 1994 IIb IIIa Panorex 1721A 大肠癌 鼠 mAb Centocor 1995 (德国 ) Rituxan CD20 淋巴瘤 人 -鼠嵌合 IgG1 IDEC / 1997 Genentech /Roche Zanapax CD25 移植排斥 人源化抗体 Roche 1997 Remicade TNF2 炎症性肠病 人 -鼠嵌合 IgG1 Centocor 1998、 1999 类风湿 9.3.3 治疗性抗体治疗性抗体 生物技术与人类健康 9.3 生物技术与生物制药 Synagis RSV RSV感染 人源化抗体 Medlmmune 1989 Simulect CD25 移植排斥 人 -鼠嵌合 IgG1 Novartis 1989 Herceptin HER2 /neu 乳腺癌 人源化抗体 Genentech 1989 Mylotarg CD33 AML 人源化抗体 - Wyeth Ayerst 2000 化疗药物交联物 Campath CD52 CLL 人源化抗体 Millenium DEC 2001 Zevalin CD20 淋巴瘤 鼠 IgG1-放射 Pharmaceuticals 2002 性核素共轭化合物 Xolair IgE2Fc 过敏症 人源化抗体 Tanox/Genentech 2002 /Novartis Humira TNF2 类风湿 人 IgG1 Abbot/CAT 2003 Bexxar CD20 淋巴瘤 鼠 mAb Corixa 2003 Erbitux EGFR 晚期直肠癌 人 -鼠嵌合 IgG1 Imclone 2004 Avastin VEGF 结直肠癌 人源化抗体 Genentech 2004 截止 2004年美国 FDA批准上市的治疗性抗体（续表） 名称 靶向抗原 适应证 抗体种类 公司 批准时间 生物技术与人类健康 9.3.3 治疗性抗体 品种 批准时间 抗人 IL-8单克隆抗体乳膏 2001 注射用重组人 II型 TNF受体 -抗体融合蛋白 2003 131I肿瘤细胞核人 -鼠嵌合单克隆抗体注射液 2003 鼠源抗 CD3单克隆抗体（进口） 2003 重组人 -鼠嵌合抗 CD20单克隆抗体注射液 2004 注射用重组抗 HER2人源化单克隆抗体 2004 注射用鼠抗人 CD3表面抗原单克隆抗体 临床公告 抗人 T淋巴细胞单克隆抗体 临床公告 我国获批准注册的抗体药物我国获批准注册的抗体药物 生物技术与人类健康 9.3.3 治疗性抗体 n 所谓的基因治疗是指利用遗传学的原理治 疗人类的疾病。传统意义上的基因治疗（ gene therapy）是指目的基因导入靶细胞 以后与宿主细胞内的基因发生重组，成为 宿主细胞的一部分，从而可以稳定地遗传 下去并达到对疾病进行治疗的目的。 9.4.1 基因治疗基因治疗 生物技术与人类健康 9 生物技术与人类健康 9.4 生物技术与生物疗法 n 由于技术的进步，近年来采用基因工 程技术，即使目的基因和宿主细胞内 的基因不发生重组，目的基因也能得 到暂时的表达，为了与传统意义上的 基因治疗相区别，有时又将其称为基 因疗法（ gene therapeutics）。 生物技术与人类健康 9.4.1 基因治疗 n 基因治疗根据对宿主病变基因采取的 措施不同，可分为 基因置换、基因修 正、基因修饰 和 基因失活 四大策略。 生物技术与人类健康 9.4.1 基因治疗 正常红细胞 镰状红细胞 n 对于成功地进行单基因病的基因治疗来说， 必须具备以下条件： 选择合适的疾病； 具备该病分子缺陷的知识，深入了解其发病机理 ； 用于治疗的基因（目的基因）已被克隆； 克隆基因的有效表达； 具有可用于临床前试验的动物模型。 9.4.1.1单基因病的基因治疗单基因病的基因治疗 生物技术与人类健康 9.4.1 基因治疗 只有 10多种遗传性疾病的分子发病机理 了解得比较清楚，也只有少数几种遗传性疾 病具有基因治疗的方案。如腺苷脱氨酶（ ADA）基因缺陷引起的严重型复合性免疫缺 陷症（ SCID）；凝血因子 （ FIX）基因缺陷 引起的血友病 B（ HEMB）；低密度脂蛋白受 体（ LDLR）基因缺陷引起的家族性高血脂症 （ FH）以及跨膜转导调节因子（ CFTR）基因 缺陷引起的囊性纤维化（ CF）等。 生物技术与人类健康 9.4.1.1 单基因病的基因治疗 病名 基因 靶细胞 机构 囊性纤维变性 CFTR 呼吸道上皮细胞 美国国立卫生研究院 SCID ADA 淋巴细胞、 CD34+细胞 美国国立卫生研究院 Gaucher 病 葡萄糖脑苷脂酶 CD34+外周血干细胞 美国匹兹堡大学 1-抗胰蛋白 1抗胰蛋白酶 鼻、呼吸道上皮细胞 美国范德比尔特大学 酶缺陷症 Fanconi贫血 FACC CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院 Hunter综合征 杜糖醛酸 2-硫酸酯酶 外周血干细胞 美国密尼苏达大学 慢性肉芽肿病 p47/phox CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院 血友病 B 凝血因子 成纤维细胞 上海复旦大学和长海医 院 嘌呤核苷 嘌呤核苷磷酸化酶 外周血淋巴细胞 美国密尼苏达大学 磷酸化酶缺陷 转氨基甲酰 转氨基甲酰鸟氨酸酶 肝脏 美国宾州大学 鸟氨酸酶缺陷 X-连锁 SCID 细胞因子共同 链 CD34+细胞 美国洛杉矶儿童医院 生物技术与人类健康 9.4.1.1 单基因病的基因治疗 部分单基因遗传病临床基因治疗概况部分单基因遗传病临床基因治疗概况 生物技术与人类健康 9.4.1.1 单基因病的基因治疗 SCID患者 只能 生活在无 菌的空间 中。 生物技术与人类健康 9.4.1.1 单基因病的基因治疗 SCID 治疗策略 我国在遗传病的基因治 疗方面也开展地比较早。 1991年 7月，我国开始进行 HEMB（血友病 B，凝血因 子 IX突变）的基因治疗。从 一批志愿接受基因治疗的 HEMB患者中选择了两兄弟 （伴性遗传）进行治疗。效 果明显， 1994年通过卫生 部的评审。 生物技术与人类健康 9.4.1.1 单基因病的基因治疗 血友病患者右膝关节急性出血 瘤苗治疗策略 通过免疫系统杀灭癌 细胞，即通过提高癌细胞的免疫原性 和（或）调动机体的免疫功能达到杀 灭癌细胞的作用。 基因修饰策略 利用正常的抑癌基因 替代失活的抑抗癌基因，达到抑制细 胞恶性繁殖的目的。 9.4.1.2 瘤苗与肿瘤的基因治疗瘤苗与肿瘤的基因治疗 生物技术与人类健康 9.4.1 基因治疗 目前的肿瘤疫苗根据其组成分可分为四种： 肿瘤细胞疫苗： 即原始的肿瘤疫苗； 肿瘤核酸疫苗： 即肿瘤 DNA疫苗； 肿瘤肽疫苗： 包括用化学合成法合成肿瘤 特异的短肽或基因工程方法制备的短肽 ； 肿瘤基因工程疫苗： 通过基因工程技术， 将目的基因导入受体细胞而制成的瘤苗。 瘤苗与肿瘤治疗瘤苗与肿瘤治疗 生物技术与人类健康 9.4.1.2 瘤苗与肿瘤基因治疗 根据肿瘤疫苗的作用机理，可将肿 瘤疫苗分成 3种类型： n 增强肿瘤细胞的免疫原性 n 提高机体整体抗瘤能力，调动机体的免疫 功能 n 表达产物直接杀伤癌细胞 生物技术与人类健康 9.4.1.2 瘤苗与肿瘤基因治疗 视网膜母细胞瘤 所谓的反义技术则是指天然存在的或 人工合成的一类 RNA分子，它不能编码蛋 白质，但它的核苷酸顺序与某种 mRNA可 互补配对，所以这种反义 RNA可与 mRNA 结合配对从而干扰 mRNA的翻译，使相应 的基因不能表达。这种利用反义 RNA封闭 某个基因（靶基因）的技术就称为反义技 术。 反义技术与癌基因失活反义技术与癌基因失活 生物技术与人类健康 9.4.1.2 瘤苗与肿瘤基因治疗 n 抑癌基因基因在正常细胞中处于表达 状态，它的基因产物起着抑制细胞生 长的作用。一旦这种基因突变而丧失 功能，将促使细胞生长繁殖。 n 这类基因突变后必须用正常有功能基 因来替代突变了的基因，起抑制细胞 生长的作用。 生物技术与人类健康 9.4.1.2 瘤苗与肿瘤基因治疗 抑癌基因与基因修饰抑癌基因与基因修饰 n 自杀基因治疗是一种具有广泛应用前景的基因治 疗方法。 n “自杀 ”基因是指它的蛋白质产物能使无毒性的化 疗药物前