基因工程药物概论

1、基因工程药物概论第1页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 生物药物（biopharmaceutics或biopharmaceuticals）是利用生物体、生物组织或器官等成分，综合运用生物学、生物化学等学科的原理与方法制得的天然生物活性物质以及人工合成或半合成的天然物质类似物。 生物药物主要包括生化药物（biochemical drugs）、生物技术药物（bio-technology drugs)和生物制品（biological products)等。第2页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 生化药物是从生物体分离、纯化所得，可用于预防、治疗和诊断疾病的

2、生化物质，其中部分现已通过化学合成或生物技术制备或重组 ，如氨基酸、多肽、蛋白质、酶、多糖、脂质、核苷酸类等。第3页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 生物技术是利用生物体或其组成部分发展产品的技术体系，用现代生物技术研制的药物称为生物技术药物（或生物工程药物）。第4页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 生物制品是应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞及各种动物和人源的组织和体液等生物材料制备，用于人类疾病预防、治疗和诊断的药品。第5页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二基因工程药物（Gene

3、tic engineering drugs）： 系指先确定对某种疾病具有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白合成过程的基因分离、纯化或进行人工合成，利用重组DNA技术加以改造，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中不断繁殖，并能进行大规模生产具有预防和治疗这种疾病的蛋白质，通过这种方法生产的新型药物称为基因工程药物。第6页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二基因工程技术可生产的药物和制剂包括：（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、集落刺激生长因子、表皮生长因子、凝血因子；（3）激素，如胰岛素、生长激素、心素纳；（4）酶类，如

4、尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型纤维蛋白溶酶原激活剂、超氧化物歧化酶。第7页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 传统制药存在的问题： A、材料来源困难或制造技术问题而无法付诸应用； B、从动物脏器中提取出来，也因造价太高，或因来 源困难而供不应求； C、由于免疫抗原等缘故，使它们在使用上受到限制。 基因工程技术的特点：就是能够十分方便有效地生 产许多以往难以大量获取的生物活性物质，甚至可 以创造出自然界中不存在的全新物质。 为什么要发展基因工程制药？第8页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难

5、。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。 基因工程药品 生长激素第9页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 长期以来，医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作，但曾一度陷于困境。乙肝病毒（HBV）主要由两部分组成，内部为DNA，外部有一层外壳蛋白质，称为HBSAg。把一定量的HBSAg注射入人体，就使机体产生对HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体，可以清除入侵机体内的HBV。 过去，乙肝疫苗的

6、来源，主要是从HBV携带者的血液中分离出来的HBSAg，这种血液是不安全的，可能混有其他病原体其他型的肝炎病毒，特别是艾滋病病毒（HIV）的污染。此外，血液来源也是极有限的，使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪，远不能满足全国的需要。重组乙肝表面抗原第10页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二通过基因工程将HBSAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中，所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来；再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等；最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。与上述的血源乙肝疫苗相比，基因工

7、程生产的乙肝疫苗，取材方便，利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌，它们有极强的繁殖能力，并借助于高科技手段，可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。在小孩出生后，按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序，就可获得终身免疫，免受乙型肝炎之害。第11页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二胶原蛋白是什么？胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多的蛋白质，占全身蛋白总量的13，相当于体重的6，胶原蛋白是一类纤维状的蛋白质，它广泛分布于结缔组织中，但以皮肤、肌腱、韧带、巩膜、角膜、软骨、骨及胎盘含量最多。它具有容易成胶的特性。如皮肤干重的70%为胶原重组类人胶

8、原蛋白第12页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二重组类人胶原蛋白，采用瑞士比欧生物工程公司的发酵灌成套设备，严格按GMP标准生产，年产100公斤医用级类人胶原蛋白纯品，100吨化妆品级胶原蛋白水溶液（1%），产品可供医药和医疗器械诸如可注射产品、创伤等药物以及化妆美容产品、保健食品大量之需。工艺流程： 第13页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二胰岛素1000 磅牛胰 10 克胰岛素200 升发酵液 10 克胰岛素干扰素1200 升人血 1 升发酵液23 万美元 / 病人 200300 美元 / 病人第14页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，

9、星期二基因工程技术的应用特点： A、为癌种、病毒性疾病、心血管疾病和内分泌疾病的预防、治疗和诊断提供新型疫苗、新型药物和新型诊断试剂。 B、基因工程技术的最大好处在于它能从极端复杂的机体细胞内取出所需要的基因，将其在体外进行剪切拼接、重新组合，然后转入适当的细胞进行表达，从而生产出比原来多数百、数千倍的相应的蛋白质。第15页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二基因工程技术生产药品的优点： a. 可大量生产过去难以获得的生理活性多肽和蛋白质，为 临床使用提供有效的保障； b. 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；

10、c. 利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性 物质； d. 内源性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； e. 利用基因工程技术可获得新型化合物，扩大药物筛选来 源。 第16页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二噬菌体遗传学限制酶的发现质粒载体细菌抗药性遗传学噬菌体载体DNA合成与修复细菌基因调节研究外源DNA插入载体动物病毒学细菌表达载体构建基因文库哺乳动物表达载体大规模的蛋白合成克隆特定的基因制备探针反转录病毒和反转录酶mRNA结构与代谢的研究 寡核苷酸合成蛋白序列分析小鼠胚胎学插入生殖细胞定点突变改变基因结构功能

11、分析序列分析 DNA序列分析RNA序列分析基因工程的诞生与及其相关学科的关系第17页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二基因工程药物生产的基本过程基因工程药物制造的一般流程：（1）获得目的基因；（2） 组建重组质粒；（3）构建基因工程菌；（4）培养工程菌；（5）产物分离纯化；（6）除菌过滤；（7）半成品检定；（8）包装第18页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二1、上游阶段：首先获得目的基因，然后用限制性内切酶和连接酶将其插入适当的载体质粒或噬菌体中并转大肠杆菌或其它宿主菌（细胞），以便大量复制目的基因。选择基因表达系统主要考虑的是保证表达功能，其次要考虑的

12、是表达量的多少和分离纯化的难易。其中的（1）、（2）、（3）步骤属于上游阶段，在实验室完成。2、下游阶段：将实验室成果产业化、商品化，它主要包括工程菌大规模发酵最佳参数大的确立，新型生物反应器的研制，高效分离介质及装置的开发，分离纯化的优化控制，高纯度纯品的制备技术，生物传感器等一系列仪器仪表的设计和制造，电子计算机的优化控制等。上述（4）、（5）、（6）、（7）、（8）等属于下游阶段。第19页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二意义：自20世界70年代基因工程诞生以来，最先应用基因工程技术且目前最为活跃的研究领域便是医药科学。基因工程技术的迅猛发展使人们已能够十分方便有效地

13、生产许多以往难以大量获得的生物活性物质，甚至可以创造出自然界中不存在的全新物质。1982年第一个基因重组产品人胰岛素在美国问世，吸引和激励了大批科学家利用基因工程技术研制新药品，迄今累计已有近30种基因工程药物投入市场，产生了巨大的社会效益和经济效益。第20页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物重组人干扰素Ib，标志着我国生产的基因工程药物实现了零的突破。这是我国自主研制成功的拥有自主知识产权的第一个基因工程一类新药。从此以后，我国基因工程制药业从无到有，不断发展壮大。 截止到1998年底，我国已批准上市的基因工程药物和疫苗

14、产品共计15种，它们是：重组人干扰素Ib、重组BFGF（外用）、重组人表皮因子（外用）、重组人干扰素2、重组人干扰素2b、重组人干扰素、重组人白细胞介素2、重组人GCSF、重组人红细胞生成素、重组链激素、重组人胰岛素、重组人生长激素、重组乙肝疫苗、痢疾菌苗。 第21页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二我国基因工程药物（批准上市的药物和疫苗：12种；批准进入临床的：10种；进入临床研究的：10种）第22页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二第23页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二现代生物医药业的三次浪潮重组蛋白质的成功开发人源化单克隆抗

15、体药的突破基因组药物及基因治疗药第24页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二浪潮I:重组蛋白质的成功开发分子生物学技术的迅猛发展使得体外获得重组蛋白质成为可能发酵技术和蛋白纯化技术的发展为批量生产重组蛋白奠定了基础重组蛋白质被用来治疗天然蛋白质缺少引起的疾病FDA批准77种生物药中，有66种是重组蛋白质82-89年蛋白质药的开发期为53个月，同期化合物药则为132个月95-99蛋白质药的开发期增加为73个月第25页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二重组蛋白质的成功开发1982年人胰岛素（EliLilly）1985年生长激素（Genentech）全世界现在已

16、有36类生物药，77种生物药制品，用于临床治疗，使大约6000多万病人受益生物药业在全球的市场资本已达120亿美元。1999年美国七大生物药公司的年销售额达54.5美元，相当于美国九大制药公年销售额675.5亿美元的8%。在全世界46家领先的制药公司正在开发的新药中，11%是生物药目前已有500多种生物医药在临床试验中，其中200多种已进入三期临床试验或等待FDA批准第26页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二重组蛋白质药的现状与前景第一个十年(82-92)有13种新药进入市场第二个十年(92-02)的中期达到高峰,仅1996年就有11种重组蛋白质新药批准上市将继续是生物药业

17、开发的重要组成部分第27页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二重组蛋白治疗药物的市场规模在2001年一2004年间有了长足发展, 2001年的全球市场规模为214.7亿美元, 到2004年已经增长到348亿美元, 平均年增长率达到21%。到2010年, 重组蛋白药物的总市场规模预计增长到521.2亿元, 将成为医药行业中获利最丰厚的市场之一。第28页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二浪潮II:人源化单抗药的突破75年单抗技术的发明为新药研制开辟更广阔天空抗体被广泛应用于疾病的诊断、预防及治疗以抗体为主的生物医药业发展高潮正在到来 第29页，共43页，202

18、2年，5月20日，12点8分，星期二单克隆抗体药的现状抗体药物的销售额97年-99年由4.68亿美元增长到13亿美元03年抗体类药物总销售额将会达到50亿美元250多种抗体类药物在临床试验中1/3已进入三期临床1/4已通过临床III期试验美国市场上有13种治疗用的抗体药物第30页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二单克隆抗体药的现状1994年，Centocor 的 Reopro一种血小板表面受体的单克隆抗体片段被批准用于临床来预防治疗血栓形成1997年批准上市的12种生物新药中有2种是抗体药1998年上市的12种新药中有6种是抗体药2000年又批准了Mylotarg用于抗CD

19、33阳性的急性髓性白血病2001年已被批准及预期会被批准的10多种生物新药中，也有5种是属于抗体类药第31页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二抗体药物市场销售额预测第32页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二当前美国治疗性抗体市场ReoPro (J&J, Centocor,Lilly)1994/$461 MAbciximab,鼠 抗GPIIb/II抗体,防止血小板凝集凝血性心血管疾病 - AMI, 不稳定型心绞痛Rituxan (IDEC/Genentech/Roche)1997/$303 MRituximab, 嵌合 抗CD20抗体非霍奇金氏淋巴瘤Her

20、ceptin (Genentech)1998/$204 MTrastuzumab人源化 抗HER-2/Neu抗体HER-2 过量表达乳腺癌Synagis (Medimmune)1998/$285 MPalivizumab 人源化 抗-RSV F 糖蛋白抗体 小儿RSV感染第33页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二当前美国治疗性抗体市场Remicade (Centocor)1998$130 MInfliximab 嵌合 抗TNF-抗体局限性肠炎，类风湿关节炎Zenapax (PDL, Roche)1997$130 MDacliximab,人源化, 抗Tac (IL-2 Rec

21、eptor )抗体移植排斥Orthoclone OKT3 (Ortho Biotech)19$60 MMuromonab 鼠 抗CD-3 (T cells)抗体移植排斥Simulect (Novartis)1998$54 MBasiliximab 嵌合 抗CD25 (IL-2 Receptor) 抗体移植排斥第34页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二中国抗体研究现状单抗诊断剂：针对乙型肝炎表面抗原流行性出血热抗人T淋巴细胞及亚群风疹病毒黑热病抗人绒毛膜促性腺激素霍乱抗人白细胞相关抗原抗人免疫球蛋白的系列脊髓灰质炎病毒呼吸道含病毒登革热99mTc肺癌单抗片段诊断剂进入I期临床

22、。单抗治疗剂：碘131I-肝癌单抗片段注射液已完成期临床28例，研究了其安全性和有效剂量。期临床已进行79例，肿瘤缩小率42.9%，稳定21.4%，进展35.7%，成为低毒、安全、有效的肝癌靶向治疗药物。乙脑单抗治疗剂进入、和期临床试验，肾综合症出血热单抗进入、和期临床。第35页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二 单克隆抗体药物是生物制药产业中最大类别的产品，如今已被成功用于治疗肿瘤、癌症等多种疾病领域，单克隆抗体药物是继重组蛋白后，第二次引领生物医药产品浪潮的药品，其具有广阔的发展前景 单克隆抗体药物发展经历了四个阶段，分别为：鼠源性单克隆抗体、嵌合性单克隆抗体、人源化单

23、克隆抗体和全人源化单克隆抗体，而在全球的单克隆抗体市场，第四个阶段的全人源化单克隆抗体是其未来的发展方向。 第36页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二嵌合抗体 人鼠嵌合抗体是最早出现的人源化抗体，也是目前研究最多、最成熟的基因工程抗体。利用DNA 重组技术将鼠单抗的轻链、重链可变区的基因插入含有人抗体恒定区的表达载体，转化哺乳动物细胞，即可表达出人鼠嵌合抗体 1984 年，嵌合抗体（60人，40鼠）第一次被报道。1989 年，Morrison 等成功构建了人鼠嵌合抗体， 该抗体的恒定区为人IgG 恒定区，因而降低了该抗体的免疫原性。1994 年，第一个嵌合单抗药物抗糖蛋白（

24、GP）b a 的单抗ReoPro 在美国上市，它与血小板表面的糖蛋白b a 受体结合，以阻断纤维蛋白原、血小板凝集因子和其他有黏性的分子与受体位点结合，从而抑制血小板聚集，防止形成血栓。第37页，共43页，2022年，5月20日，12点8分，星期二人源化抗体 是把鼠单抗的互补决定区（CDR）移植到人单抗的骨架区（FR）构建而成的抗体，其人源成分达90，又称CDR 移植的抗体，即通常所指的人源化抗体。 1997 年， 第一个人源化单抗药物抗CD25 单抗Zenapax 在美国上市，该抗体与白介素2 受体上的链式又称Tac亚单位特异性地结合，从而抑制后者与白介素2 的结合，阻断激活状态下T 淋巴细胞的扩增， 可减少免疫应答致急性排异反应的发生。第38页，共43页，20