生物制藥1課件

生物技術(shù)制藥BiotechnologicalPharmaceuticsLifeScienceCollege王文科1內(nèi)容提要(Synopsis)

生物技術(shù)制藥(BiotechnologicalPharmaceutics)是利用生物體或生物過程生產(chǎn)藥物的技術(shù)。是不斷引進(jìn)現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)和制劑學(xué)及現(xiàn)代基因工程等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)而形成與發(fā)展起來的實(shí)用制藥技術(shù)。主要內(nèi)容包括現(xiàn)代生物制藥技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本技術(shù)。對不同來源的藥物資源或原料（包括動物、植物、微生物和海洋生物），從化學(xué)結(jié)構(gòu)或組分、性質(zhì)、操作技術(shù)、技術(shù)路線、工藝過程等進(jìn)行論述。介紹各種工藝過程和工藝路線。生物技術(shù)制藥教學(xué)計(jì)劃2目的和要求

通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握現(xiàn)代生物技術(shù)制藥的基本知識，掌握常規(guī)生物制藥的基本技術(shù)路線和工藝過程。使學(xué)生把學(xué)習(xí)的生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、基因工程、蛋白質(zhì)工程等現(xiàn)代生物技術(shù)和基本理論與動、植物資源的利用相結(jié)合，使理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合。使學(xué)生能夠在生物資源利用和藥物研制與開發(fā)方面有一個較全面的知識背景和技術(shù)技能。本課程要求學(xué)生盡可能的利用一切途徑學(xué)習(xí)和了解生物技術(shù)制藥的基本知識，了解生物藥用資源的知識背景，把生物資源的科學(xué)利用與藥物研制緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)明創(chuàng)造能力。學(xué)習(xí)方法：實(shí)踐與理論相結(jié)合。生物技術(shù)制藥教學(xué)計(jì)劃3

教學(xué)內(nèi)容與課時安排ContentsandSchedule內(nèi)容學(xué)時數(shù)周次第一章緒論3學(xué)時第1周第二章生物藥物概論6學(xué)時第2-3周第三章生物制藥的基本技術(shù)6學(xué)時第4-5周第四章基因工程制藥6學(xué)時第6-7周第五章抗體制藥3學(xué)時第8周第六章酶工程制藥3學(xué)時第9周第七章動植物細(xì)胞制藥3學(xué)時第10周第八章新藥研究開發(fā)的基本程序3學(xué)時第11周考試3學(xué)時第12周生物技術(shù)制藥教學(xué)計(jì)劃4考試和考查

本課程的考核分為考試和課堂考核兩部分：考試成績占70%+課堂考核30%=100%類計(jì)缺課3.3小時（10%）以上，取消考試資格。計(jì)劃學(xué)時數(shù)：33學(xué)時任課教師：

王文科參考書1.李良鑄李明曄編著.最新生化藥物制備技術(shù).中國醫(yī)藥科技出版社,2.李良鑄等.生化制藥學(xué).中國醫(yī)藥科技出版社,1991年3.馬大龍主編.生物技術(shù)藥物.科學(xué)出版社,2001年8月4.熊宗貴主編.生物技術(shù)制藥.高等教育出版社，2001.7

5.郭勇主編.生物制藥技術(shù)中國輕工業(yè)出版社2006.2生物技術(shù)制藥教學(xué)計(jì)劃515.Vaccine16.InternMed17.MolMedToday18.Advpharmacology19.NatureMedicine20.ReviewsinMedicalVirology21.ProceedingsofNationalAcademeofScience(PNAS)22.LifeScience23.JBiologicalChemistry(JBC)24.MolecularandCellularBiology(MCB)25.JImmunology26.Nature27.Science28.Cell生物技術(shù)制藥教學(xué)計(jì)劃7第一章緒論Introduction一、人類對于生老病死奧秘的探索

1、個人的生命史便是生老病死(Birth/Age/Illness/Death)史。2、人類的發(fā)生發(fā)育(GenesisandDevelopment)是一個樸朔迷離的問題。3、細(xì)胞凋亡（apoptosis）4、人為什么會衰老（Senile）？二、從神農(nóng)嘗百草到藥物的分子設(shè)計(jì)(MolecularDesign)

1、藥物是人類為了生存與疾病做斗爭的一種武器，是人類文明史的一個重要組成部分。藥物的發(fā)現(xiàn)是從嘗試各種食物時遇到毒性反應(yīng)而加以利用或?qū)ふ医舛局锒_始的。2、藥物的發(fā)展簡史

本草學(xué)（古代）----實(shí)驗(yàn)藥物學(xué)（19世紀(jì)）----分子藥物學(xué)（近20年）古代藥物學(xué)的隨機(jī)性和偶然性，人體直接觀察-----有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，進(jìn)行成分分析到動物病理模型-----分子生物學(xué)和分子藥理學(xué)到針對靶分子的分子藥物設(shè)計(jì)。8

3、傳統(tǒng)藥物學(xué)TCM（1）生藥學(xué)：天然藥的來源、形態(tài)、組織特征和化學(xué)成分，以便鑒定。（2）藥物化學(xué)：化學(xué)藥物的制備原理、方法，結(jié)構(gòu)與藥理作用。傳統(tǒng)藥物指植物藥、動物藥和礦物藥（歷代藥學(xué)著作所載藥物情況）

三、生物藥物和生物技術(shù)藥物1、生物藥物

指包括生物制品在內(nèi)的生物體的初級和次級代謝產(chǎn)物或生物體的某一組成部分，甚至整個生物體用作診斷和治療的醫(yī)藥品。2、生物技術(shù)藥物，一般稱生物新藥

采用DNA重組技術(shù)或其他生物技術(shù)研制的蛋白質(zhì)或核酸類藥物。3、生化藥物

運(yùn)用生物化學(xué)研究方法，將生物體中起重要生理生化作用的各種基本物質(zhì)經(jīng)過提取、分離、純化等手段制造出的藥物；或者將上述這些已知藥物加以結(jié)構(gòu)改造或人工合成創(chuàng)造出的自然界沒有的新藥物。主要有氨基酸、多肽蛋白類、核酸類、多糖、脂、細(xì)胞生長調(diào)節(jié)因子等。

94、生物制品指以微生物、寄生蟲、動物毒素、生物組織作為起始原料，采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備，并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量制成的生物活性制劑。包括：疫（菌）苗、毒素、類毒素、免疫血清、血液制品、免疫球蛋白、抗原、變態(tài)反應(yīng)原、細(xì)胞因子、激素、酶及輔酶、發(fā)酵產(chǎn)品、McAb、DNA重組產(chǎn)品、體外免疫試劑等。生物技術(shù)藥物BTP---化學(xué)藥物CD----傳統(tǒng)藥物TCM三、醫(yī)藥生物技術(shù)的發(fā)展近20年來，國際生物技術(shù)飛躍發(fā)展，特別是基因操作技術(shù)、生物治療技術(shù)、轉(zhuǎn)基因動植物技術(shù)、人類和其他生命體基因組工程、基因治療技術(shù)、蛋白質(zhì)工程技術(shù)、生物信息技術(shù)、生物芯片技術(shù)等發(fā)展較快。生物技術(shù)的創(chuàng)新正在帶動著生物技術(shù)巨大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，它包括：基因藥物、重組疫苗、生物芯片、生物反應(yīng)器、基因工程抗體、基因治療與細(xì)胞治療、組織工程、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物、獸用生物制品、生物技術(shù)飼料、胚胎移植工程、基因工程、微生物農(nóng)藥、環(huán)保、海洋生物技術(shù)，以及現(xiàn)代生物技術(shù)對發(fā)酵、制藥、輕工食品等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造。10

目前，全世界共有生物技術(shù)公司3600余家（1998），主要集中在美國和歐洲，其中年產(chǎn)值超過10億美圓的有20余家。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在20年中市場總值增加了50倍；漲幅最快是在近10年。年代生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額美國19800199159億美元1996101億美元1998147億美元全球1999500億美元（間接經(jīng)濟(jì)效益3000億美元）2000660億美元生物技術(shù)產(chǎn)品的增長速度25%；融資率20%；就業(yè)增長率12.5%；平均股市漲幅8.76%。生物技術(shù)約有三分之二用于醫(yī)藥。自1982年人胰島素投入市場，此后，有56種生物技術(shù)藥物進(jìn)入市場，占所有藥物總量的6%，新藥總量的14%。預(yù)計(jì)5年內(nèi)將超過20%。因?yàn)橛?00多種生物技術(shù)藥物正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)，2600多種在實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2000年6月，84種生物技術(shù)藥物和疫苗上市。生物技術(shù)藥物將是21世紀(jì)醫(yī)藥產(chǎn)品的領(lǐng)頭羊。11生物技術(shù)藥物開發(fā)的主要種類：細(xì)胞因子、抗體、疫苗和寡核苷酸藥物；主要對象：防治腫瘤、心血管疾病、傳染病、哮喘、糖尿病、遺傳病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。此外有用于降低外科手術(shù)的出血、促進(jìn)傷口的愈合和防止器官移植的排斥。四、我國的醫(yī)藥生物技術(shù)自“863”計(jì)劃以來，生物技術(shù)藥物的研究和產(chǎn)業(yè)化獲得了飛速的發(fā)展。近15年來，我國有617家從事生物技術(shù)的公司，其中有81家從事生物技術(shù)藥物的生產(chǎn)；至1998年已有14個基因工程藥物，3個基因工程疫苗和數(shù)十個基因重組診斷試劑投放市場；另有26種基因工程藥物處于臨床試驗(yàn)。1996年生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額120億元，與10年前比增加了50倍。其中基因藥物從1996年的2.2億到1998年的7.2億，年增長率高達(dá)80%。12

五、Developmenttrendofpharmacyinworld

1、投資大幅度增加：美國科研經(jīng)費(fèi)2800億美圓，NIH270億美圓。中國總科研經(jīng)費(fèi)125億美圓。2、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)是研究之熱點(diǎn)。來源：天然產(chǎn)物和合成化合物。如從心房中分離到的活性肽---心鈉素，降血壓。3、重視新的藥理模型和實(shí)驗(yàn)方法的建立。整體動物、細(xì)胞或亞細(xì)胞、分子水平。4、基礎(chǔ)研究不斷加強(qiáng)。NIH（美國國立衛(wèi)生研究院）的藥理科學(xué)規(guī)劃----藥理及與生命有關(guān)化學(xué)規(guī)劃。經(jīng)費(fèi)占1/3。5、分子生物學(xué)和生物工程技術(shù)帶動藥學(xué)科學(xué)的發(fā)展。新藥設(shè)計(jì)、篩選、作用機(jī)制、藥品生產(chǎn)等。反義藥物----寡聚核苷酸。

世界制藥的進(jìn)展的特點(diǎn)13生物技術(shù)發(fā)展的兩個新思路：個體化醫(yī)藥和室內(nèi)農(nóng)業(yè)生物醫(yī)藥的生長點(diǎn)：第一、基因工程藥物和疫苗；第二、組織工程；第三、基因治療；第四、生物芯片和分子手段；第五、藥物靶分子和篩藥模型。Vaccine---TumourandAIDS,Tuberculosis,AnthraxGenetherapy—MonogenegeneticdiseaseTissueEngineering—異種器官移植和干細(xì)胞工程Biochip---Sensorchip/DrugchipDrugtargetmoleculeandScreeningmodel14

NIH1993年經(jīng)費(fèi)預(yù)算

項(xiàng)目199319921991變化（%）各研究所8481.78101.47434.85癌種2010.41951.51711.63心、肺、血液1245.41191.51126.05變態(tài)反應(yīng)和傳染病1010.8960.9907.05一般醫(yī)學(xué)862.1815.1757.96糖尿病、消化、腎病699.8662.7616.06神經(jīng)紊亂及中風(fēng)615.2581.9542.36兒童衛(wèi)生及人類發(fā)展545.2519.7479.05衰老407.3383.6323.86人類基因組110.4104.987.45資源研究中心330.2314.6335.8515Other8%Math1%Computer3%7%Environment11%PhysicsEngineering16%

LifeScience54%

ScienceR&DFundofUSAin199016六、ThepresentconditionofpharmacologyinChina

1、成就和水平估計(jì)藥用植物資源調(diào)查，有效成分研究：出版“新華本草綱要”3冊，“中國本草圖錄”10卷，鑒定植物5000種，尚未鑒定1000種，共計(jì)6000種藥用植物。新藥研發(fā)：目前國內(nèi)已能生產(chǎn)783種原料藥，我國制藥工業(yè)的起步是以仿制國外產(chǎn)品為基礎(chǔ)。1985年批準(zhǔn)創(chuàng)新西藥10種。

中國制藥的現(xiàn)況172、與國際先進(jìn)國家的差距基礎(chǔ)理論：建國以來研制新藥104種，創(chuàng)制的64種。33種創(chuàng)新藥獲國家發(fā)明獎，其中19種來自中草藥。主要差距在分子生物學(xué)和生物化學(xué)?？萍缄?duì)伍：10000余人，力量分散。33個獨(dú)立研究院所，5個直屬重點(diǎn)所，高級研究人357人，中級628人。人員結(jié)構(gòu)：化學(xué)70%，生物24.74%。美國35000人，日本15000人。科研經(jīng)費(fèi)：開發(fā)一種新藥平均投入2.3億美圓，人均科研費(fèi)$12.5萬，日本2261萬日圓，德國31萬馬克。中國總投入16億，直接科研人均5000-6000元。儀器設(shè)備：實(shí)驗(yàn)動物-------GLP實(shí)驗(yàn)室-------儀器設(shè)備化學(xué)試劑的質(zhì)量棘手。藥品質(zhì)量安全鏈;GLP————GMP————GSP18七、基因組學(xué)與藥物遺傳學(xué)Pharmacogenetics

1、遺傳因素對藥物作用的影響：不同的藥物---不同的基因型---不同的臨床療效2、藥物靶與藥物作用的藥效學(xué)受遺傳差異的影響。治療作用依賴與藥物靶和基因型的精細(xì)結(jié)構(gòu)。3、微妙的遺傳學(xué)上的改變導(dǎo)致了藥物作用的變化。不同的基因型和不同的疾病過程具有相關(guān)性，因此，可對許多重大疾病進(jìn)一步分類。

194、藥物遺傳學(xué)對新藥研究和臨床應(yīng)用將產(chǎn)生巨大影響。在藥物研究中，根據(jù)基因型對病人分類，可取得好的治療效果；而療效影響臨床研究的規(guī)模，良好的治療效果能夠更快速，小規(guī)模地完成臨床試驗(yàn)。取得與大樣本量少量有效、大量無效實(shí)驗(yàn)等同的效果。5、基于遺傳水平的疾病亞型和相應(yīng)的不同治療效果，劃分病人群體，以達(dá)到合理的、可預(yù)測的治療結(jié)果。尤其對高血壓、骨質(zhì)疏松癥需數(shù)月或數(shù)年治療方能見效的疾病。20八、藥物基因組學(xué)Pharmacogenomics1、定義：基于藥物反應(yīng)的遺傳多態(tài)性而提出。主要研究病人對藥物的反應(yīng)是如何受其基因影響。解決為什么不同的病人對同一藥物有不同反應(yīng)的臨床難題?；蚨鄳B(tài)性是藥物基因組學(xué)的分子基礎(chǔ)。對藥物效應(yīng)的基因型預(yù)測和基因組學(xué)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用，在分子水平證明和闡述藥物療效、藥物作用的靶位、作用模式和毒副作用。2、SNP作為基因組的標(biāo)志之一，與疾病和藥效的變化相關(guān)。在藥物基因組學(xué)中，大規(guī)模地確定治療意義上的多態(tài)性，不是基于完整基因的世代結(jié)構(gòu)圖，而是基于基因組的SNPs等遺傳標(biāo)志。213、提供了一系列的全新的Drug-ResponseGene，DRG分三類：

A、編碼一系列肝臟酶，他們與藥物代謝有關(guān)。細(xì)胞色素P450或CYP酶；B、DRG是和疾病本身聯(lián)系的；C、DRG基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)，他們既不和疾病本身也不和藥物代謝相關(guān)，而是在病人服用藥物的過程中引起副作用。4、藥物作用的分子靶500個，其中細(xì)胞膜受體（大多與G-p偶聯(lián)）占全部藥物作用靶位的45%，酶占28%。藥物的遺傳多態(tài)性表現(xiàn)為：藥物代謝酶的多態(tài)性；藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的多態(tài)性；藥物受體的多態(tài)性和藥物靶標(biāo)的多態(tài)性。225、在多因素疾病中起作用的基因數(shù)量并不多，最近研究估計(jì)，每一種疾病的相關(guān)基因數(shù)目在5~10之間。多因素疾病在100~150個，疾病相關(guān)基因可達(dá)500-1000個。6、作為藥物作用的靶位蛋白可能是致病基因的5~10倍，那么，潛在的藥物作用靶就有5000~10000個，即至少10倍于目前的分子靶位可被開發(fā)用于藥物治療。7、藥物基因組學(xué)開辟了醫(yī)藥工業(yè)研究的新領(lǐng)域。A、注意可能引起疾病的基因和藥物效應(yīng)基因；B、為靶向藥物的研究提供了新的內(nèi)容；C、在藥物開發(fā)實(shí)際過程中的應(yīng)用；按基因型劃分試驗(yàn)對象。23

九、Analysisontranscriptionandexpression1、疾病進(jìn)程、藥物作用和DNA三者之間的關(guān)系是間接的，而幾乎沒有例外的是蛋白質(zhì)分子，基因型在某些情況下尚不能充分說明疾病進(jìn)程或患者實(shí)際生理狀態(tài)下藥物的作用。2、應(yīng)用功能基因組學(xué)技術(shù)測定mRNA，揭示基因的動態(tài)轉(zhuǎn)錄是分子生理學(xué)分析的一種方法。由于疾病進(jìn)程和藥物作用是組織特異性的，應(yīng)用mRNA篩選的焦點(diǎn)是藥物在正確時間進(jìn)入適當(dāng)?shù)慕M織。3、mRNA表達(dá)分析應(yīng)用于藥物早期臨床實(shí)驗(yàn)的安全譜分析；如用藥后，器官產(chǎn)生了那些mRNA,以建立與藥物毒性相關(guān)的表達(dá)模式。244、mRNA表達(dá)分析的缺點(diǎn)：不能預(yù)測藥物與蛋白質(zhì)的作用。因?yàn)閙RNA和蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)和動力學(xué)上是高度非線性的。5、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、分布、功能等方面，對于預(yù)測某些疾病的進(jìn)程、藥物作用及其過程，對于不同個體之間遺傳學(xué)上的差異是十分重要的。mRNA與蛋白質(zhì)的豐度(abundance)相關(guān)性僅為0.5.mRNAandproteinhavedifferenthalf-lifeinvivo.25

十、Proteomicsandpharmacoproteomics1、蛋白質(zhì)組：基因組表達(dá)的所有相應(yīng)的蛋白質(zhì)，是指細(xì)胞或組織或機(jī)體全部蛋白質(zhì)的存在及其活動方式。蛋白質(zhì)組學(xué)是從整體的蛋白質(zhì)水平上,從生命本質(zhì)的層次上,研究和發(fā)現(xiàn)生命活動的規(guī)律和重要生理/病理現(xiàn)象的本質(zhì).2、揭示了基因活性的動態(tài)表達(dá)，而不是基因組的靜態(tài)行為；蛋白質(zhì)組學(xué)研究克服了蛋白質(zhì)表達(dá)和基因之間的非線形關(guān)系；3、蛋白質(zhì)組具有多樣性和可變性；同一機(jī)體不同細(xì)胞,同一細(xì)胞不同時期/不同生理?xiàng)l件,蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量都是在變化之中.264、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)的重要研究內(nèi)容：A、臨床前新藥和靶的發(fā)現(xiàn)、藥物作用模式、毒理學(xué)研究；B、臨床研究方面：疾病特異性蛋白作為有效患者選擇的依據(jù)和臨床試驗(yàn)的標(biāo)志；C、按照蛋白質(zhì)譜來分類患者，并預(yù)測藥物作用療效；5、現(xiàn)代蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)能同時顯現(xiàn)血漿中上千種蛋白質(zhì)；2D技術(shù).6、蛋白質(zhì)水平的分析不僅為生物分子體系提供了最有效的實(shí)時分析模式，而且也能獲得在DNA和RNA水平上不易獲得的信息。血清轉(zhuǎn)鐵蛋白.277、在蛋白質(zhì)水平上重新認(rèn)識生長、發(fā)育和代謝調(diào)控等生命活動的規(guī)律，為研究重大疾病的機(jī)制、疾病診斷、防治和新藥開發(fā)提供重要的理論基礎(chǔ)。8、HumanGenomeScience公司的功能基因組計(jì)劃：鑒定了12000個新基因、編碼分泌蛋白分離全部人類基因95%以上的mRNA

已完成序列分析大約9000個基因和11000個蛋白，其中包括35個新白介素，40個新生長因子和100個新7-跨膜受體，已取得3000個以上的專利及新發(fā)現(xiàn)基因的潛在醫(yī)學(xué)用途。28genomehealthDecisionsupportsystemsGenotypeMolecularprofilePatienthistoryKnowledgebaseDrugsDiagnosticsPrognosticsPharmaR&DPatientcareFig.GenomicandcomputationaltechnologieshaveanincreasingimpactonpharmaceuticalR&D.Thesametech.willbeadaptedtodirectlyservepatients,leadingtopersonalized,information-drivenmedicalcare29十一其它方面1.HGP2.基因治療3.糖鏈工程（Glycotechnology)4.細(xì)胞因子類藥物30十二。

結(jié)語Concludingremarks1、20世紀(jì)，化學(xué)和物理學(xué)的結(jié)合，在醫(yī)藥工業(yè)這片沃土上結(jié)出了豐碩的成果。在新的21世紀(jì)中，新藥不再由化學(xué)家相象產(chǎn)生，而將成為生物學(xué)家