生物技术与人类生活9生物技术与人类健康ppt课件

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 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 生产常规方法不能生产的药品或制剂 生产灵敏度高 反应专一 实用性强的临床诊断新试剂 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 引言 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 9 1 1疫苗概说 生物技术与人类健康9生物技术与人类健康 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 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 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 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 生物技术与人类健康9 1生物技术与疫苗 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 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 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 1981年Edman等克隆了该抗原基因并大量表达 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 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 国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 1976年起利用犰狳研制麻风疫苗 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 9 1 4 2麻风杆菌疫苗 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 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 生物技术与人类健康9 1 4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 9 1 5 1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28kDa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 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 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 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 6DNA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 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 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 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 生物技术与人类健康9 1生物技术与疫苗 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 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 enzymelinkedimmunosorbentassay 9 2 1 1ELISA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 1ELISA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ELISA诊断技术 生物技术与人类健康9 2 1ELISA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 生物技术与人类健康9 2 1ELISA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 生物技术与人类健康9 2 1ELISA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 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 2DNA诊断技术 生物技术与人类健康9 2 2DNA诊断技术 9 2 2 1DNA探针杂交技术 PCR polymerasechainreaction 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 2DNA诊断技术 9 2 2 2PCR技术 生物技术与人类健康9 2 2 2PCR技术 生物技术与人类健康9 2 2 2PCR技术 利用PCR诊断遗传病遗传病的诊断包括 临症诊断 symptomaticdiagnosis 是指遗传病出现临床症状后所做的诊断 症状前诊断 presymptomaticdiagnosis 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 2PCR技术 夫妇之一有染色体畸变 35岁以上的高龄产妇 夫妇之一有开放性神经管畸形 夫妇之一有先天性代谢缺陷 X 连锁遗传病基因携带者孕妇 有原因不明的习惯性流产的孕妇 羊水过多的孕妇 夫妇之一有致畸因素接触史的孕妇 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 生物技术与人类健康9 2 2 2PCR技术 生物技术与人类健康9 2 2 2PCR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 2PCR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 2DNA诊断技术 9 2 2 3PCR RFLP技术 生物技术与人类健康9 2 2 3PCR RFLP技术 RFLP restrictionfragmentlengthpoly 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 3PCR RFLP技术 生物技术与人类健康9 2 2 3PCR RFLP技术 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 2DNA诊断技术 9 2 2 4PCR ASO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 4PCR 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 5PCR ELISA技术 生物技术与人类健康9 2 2DNA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 6PCR SSCP技术 生物技术与人类健康9 2 2DNA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 7PCR DGGE技术 生物技术与人类健康9 2 2DNA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 2DNA诊断技术 9 2 2 8LCR技术 LCR ligasechainreaction 连接酶链式反应 生物技术与人类健康9 2 2 8LCR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 9RFLP 探针杂交技术 生物技术与人类健康9 2 2DNA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 2DNA诊断技术 9 2 2 10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 生物技术与人类健康9 2 2 10生物芯片技术 NanoChip400System 生物技术与人类健康9 2 2 10生物芯片技术 1928年A Fleming发现一种被称为点青霉 Penicilliumnotatum 的真菌能产生青霉素 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9 3 1 1抗生素 9 3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 全世界每年抗生素的产量超过10万吨 产值超过50亿美元 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 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 人参组织培养生产人参皂甙组织培养方法生产紫草的有效成分 紫草宁 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 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 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 生物技术与人类健康9 3生物技术与生物制药 安全 不易被病原体污染 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 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 生物技术与人类健康9 3 2基因工程药物 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 日本基因工程药物的年销售额也高达几千亿日元 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 adrenocorticotrophichormone 治疗风湿 rheumaticdisease B细胞生长因子 B cellgrowthfactor 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 colonystimulatingfactor 治疗血液病 肿瘤辅助治疗绒毛膜促性腺激素 chorionicgonadotropin 治疗不排卵症内啡肽和脑啡肽 endorphineandenkephalin 镇痛剂 analgesicagent 上皮生长因子 epidermalgrowthfactor 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 growthhormone 促进生长生长激素释放因子 growthhormonereleasingfactor 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 macrophageactivatingfactor 抗肿瘤神经生长因子 nervegrowthfactor 促进神经系统损伤的修复血小板衍生因子 platelet derivedgrowthfactor 治疗动脉粥样硬化松弛素 relaxin 助产剂血清白蛋白 serumalbumin 血浆补充物生长调节素 somatomedinC 促进生长组织型纤溶酶原激活剂 tissueplasminogenactivator 溶栓剂肿瘤坏死因子 tumornecrosisfactor 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 OKT3CD3移植排斥鼠mAbJohnson1986ReoPro血小板受体冠心病人 鼠嵌合FabCentor Lilly1994IIbIIIaPanorex1721A大肠癌鼠mAbCentocor1995 德国 RituxanCD20淋巴瘤人 鼠嵌合IgG1IDEC 1997Genentech RocheZanapaxCD25移植排斥人源化抗体Roche1997RemicadeTNF2 炎症性肠病人 鼠嵌合IgG1Centocor1998 1999类风湿 9 3 3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 SynagisRSVRSV感染人源化抗体Medlmmune1989SimulectCD25移植排斥人 鼠嵌合IgG1Novartis1989HerceptinHER2 neu乳腺癌人源化抗体Genentech1989MylotargCD33AML人源化抗体 WyethAyerst2000化疗药物交联物CampathCD52CLL人源化抗体MilleniumDEC2001ZevalinCD20淋巴瘤鼠IgG1 放射Pharmaceuticals2002性核素共轭化合物XolairIgE2Fc过敏症人源化抗体Tanox Genentech2002 NovartisHumiraTNF2 类风湿人IgG1Abbot CAT2003BexxarCD20淋巴瘤鼠mAbCorixa2003ErbituxEGFR晚期直肠癌人 鼠嵌合IgG1Imclone2004AvastinVEGF结直肠癌人源化抗体Genentech2004 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2003131I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 生物技术与人类健康9 3 3治疗性抗体 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 genetherapy 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 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 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 genetherapeutics 生物技术与人类健康9 4 1基因治疗 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 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 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SCIDADA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FACCCD34 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 phoxCD34 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 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 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 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 增强肿瘤细胞的免疫原性提高机体整体抗瘤能力 调动机体的免疫功能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 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 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 自杀基因治疗是一种具有广泛应用前景的基因治疗方法 自杀 基因是指它的蛋白质产物能使无毒性的化疗药物前体转变为毒性形式 或者提高靶细胞对化疗药物的敏感性 充分发挥其细胞毒作用 使导入自杀基因的细胞 自杀 达到杀灭靶细胞的目的 相反 自杀 基因也可以发挥旁观者的效应 杀死未导入 自杀 基因的邻近细胞 因此自杀基因疗法可以在肿瘤 血管增生性疾病 骨髓移植等疾病的治疗中发挥作用 9 4 1 3自杀基因治疗 生物技术与人类健康9 4 1基因治疗 干细胞是一种具有多分化潜能和自我复制功能的早期未分化细胞 医学上称其为 万用细胞 在特定条件下 它可以分化成不同的功能细胞 形成多种组织和器官 因此人们期望能够用干细胞来修复那些不能再生的坏损组织或器官 从而治愈某些疾病 9 4 2干细胞的利用 生物技术与人类健康9 4生物技术与生物疗法 用干细胞生物工程治疗疾病的最显著特点就是 从理论上讲 它可以治疗几乎所有疾病 比如癌症 心肌坏死性疾病 自身免疫疾病和神经退行性疾病等 如果和基因治疗相结合 还可以治疗众多遗传性疾病 生物技术与人类健康9 4 2干细胞的利用 从总体上说 干细胞研究还处于起步阶段 其成为研究热点还只是近几年的事 到目前为止人们已经能够分离 培养干细胞 但要诱导胚胎干细胞定向分化 还是一件很困难的事 不过这项研究所蕴藏着的巨大的应用前景不能不令人心动 生物技术与人类健康9 4 2干细胞的利用 最早提出HGP这一设想的是美国生物学家 诺贝尔奖得主Dulbecco 他在1986年3月7日出版的Science杂志上发表了一篇题为 肿瘤研究的一个转折点 人类基因组的全序列分析 的短文 提出包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关 呼吁科学家们联合起来 从整体上研究人类的基因组 分析人类基因组的序列 他说 这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美 我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作 9 5 1HGP产生的背景 9 5人类基因组计划 HGP 生物技术与人类健康9生物技术与人类健康 HGP的最终任务是要破译人体遗传物质DNA分子所携带的全部遗传信息 完成后将获得四张图 物理图 遗传图 序列图和转录图 前三张图实际上是精确度不同的三张序列图 最后一张图则用来表示DNA上哪些核苷酸序列可以编码蛋白质 9 5 2HGP的任务 生物技术与人类健康9 5人类基因组计划 第一个五年技术上改进5 10倍 1991 1995 作图完成50 测定核苷酸顺序1 第二个五年技术上改进5 10倍 1996 2000 作图完成100 测定核苷酸顺序10 第三年五年测定核苷酸顺序100 2001 2005 找出所有基因 美国人类基因组研究15年总体规划 生物技术与人类健康9 5 2HGP的任务 年度 目标 2000年6月26日 人类基因组草图已经基本完成 测序完成97 序列组装完成85 2001年2月12日 由美国 日本 德国 法国 英国和中国组成的国际人类基因组计