基因工程藥物概論

基因工程藥物概論第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一

生物藥物（biopharmaceutics或biopharmaceuticals）是利用生物體、生物組織或器官等成分，綜合運(yùn)用生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的原理與方法制得的天然生物活性物質(zhì)以及人工合成或半合成的天然物質(zhì)類似物。

生物藥物主要包括生化藥物（biochemicaldrugs）、生物技術(shù)藥物（bio-technologydrugs)和生物制品（biologicalproducts)等。第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一

生化藥物是從生物體分離、純化所得，可用于預(yù)防、治療和診斷疾病的生化物質(zhì)，其中部分現(xiàn)已通過化學(xué)合成或生物技術(shù)制備或重組

，如氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、酶、多糖、脂質(zhì)、核苷酸類等。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一生物技術(shù)是利用生物體或其組成部分發(fā)展產(chǎn)品的技術(shù)體系，用現(xiàn)代生物技術(shù)研制的藥物稱為生物技術(shù)藥物（或生物工程藥物）。

第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一

生物制品是應(yīng)用普通的或以基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程等生物技術(shù)獲得的微生物、細(xì)胞及各種動物和人源的組織和體液等生物材料制備，用于人類疾病預(yù)防、治療和診斷的藥品。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一基因工程藥物（Geneticengineeringdrugs）：

系指先確定對某種疾病具有預(yù)防和治療作用的蛋白質(zhì)，然后將控制該蛋白合成過程的基因分離、純化或進(jìn)行人工合成，利用重組DNA技術(shù)加以改造，最后將該基因放入可以大量生產(chǎn)的受體細(xì)胞中不斷繁殖，并能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)具有預(yù)防和治療這種疾病的蛋白質(zhì)，通過這種方法生產(chǎn)的新型藥物稱為基因工程藥物。第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一基因工程技術(shù)可生產(chǎn)的藥物和制劑包括：

（1）免疫性蛋白，如各種抗原和單克隆抗體；

（2）細(xì)胞因子，如各種干擾素、白細(xì)胞介素、集落刺激生長因子、表皮生長因子、凝血因子；

（3）激素，如胰島素、生長激素、心素納；

（4）酶類，如尿激酶、鏈激酶、葡激酶、組織型纖維蛋白溶酶原激活劑、超氧化物歧化酶。第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一●傳統(tǒng)制藥存在的問題：A、材料來源困難或制造技術(shù)問題而無法付諸應(yīng)用；B、從動物臟器中提取出來，也因造價太高，或因來源困難而供不應(yīng)求；C、由于免疫抗原等緣故，使它們在使用上受到限制?！窕蚬こ碳夹g(shù)的特點(diǎn)：就是能夠十分方便有效地生產(chǎn)許多以往難以大量獲取的生物活性物質(zhì)，甚至可以創(chuàng)造出自然界中不存在的全新物質(zhì)。為什么要發(fā)展基因工程制藥？第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一

治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。以前，要獲得生長激素，需解剖尸體，從大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素?，F(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當(dāng)于6萬具尸體的全部產(chǎn)量?；蚬こ趟幤贰L激素第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一長期以來，醫(yī)學(xué)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）主要由兩部分組成，內(nèi)部為DNA，外部有一層外殼蛋白質(zhì)，稱為HBSAg。把一定量的HBSAg注射入人體，就使機(jī)體產(chǎn)生對HBV抗衡的抗體。機(jī)體依靠這種抗體，可以清除入侵機(jī)體內(nèi)的HBV。過去，乙肝疫苗的來源，主要是從HBV攜帶者的血液中分離出來的HBSAg，這種血液是不安全的，可能混有其他病原體[其他型的肝炎病毒，特別是艾滋病病毒（HIV）]的污染。此外，血液來源也是極有限的，使乙肝疫苗的供應(yīng)猶如杯水車薪，遠(yuǎn)不能滿足全國的需要。重組乙肝表面抗原第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一通過基因工程將HBSAg的那段DNA剪裁下來，裝到一個表達(dá)載體中，所謂表達(dá)載體，是因為它可以把這段DNA的功能發(fā)揮出來；再把這種表達(dá)載體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞內(nèi)，如大腸桿菌或酵母菌等；最后再通過這些大腸桿菌或酵母菌的快速繁殖，生產(chǎn)出大量我們所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。與上述的血源乙肝疫苗相比，基因工程生產(chǎn)的乙肝疫苗，取材方便，利用的是資源豐富的大腸桿菌或酵母菌，它們有極強(qiáng)的繁殖能力，并借助于高科技手段，可以大規(guī)模生產(chǎn)出質(zhì)量好、純度高、免疫原性好、價格便宜的藥物。在小孩出生后，按計劃實(shí)施新生兒到六個月齡內(nèi)先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序，就可獲得終身免疫，免受乙型肝炎之害。第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一膠原蛋白是什么？膠原蛋白是哺乳動物體內(nèi)含量最多的蛋白質(zhì)，占全身蛋白總量的1／3，相當(dāng)于體重的6％，膠原蛋白是一類纖維狀的蛋白質(zhì)，它廣泛分布于結(jié)締組織中，但以皮膚、肌腱、韌帶、鞏膜、角膜、軟骨、骨及胎盤含量最多。它具有容易成膠的特性。如皮膚干重的70%為膠原

重組類人膠原蛋白第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一重組類人膠原蛋白，采用瑞士比歐生物工程公司的發(fā)酵灌成套設(shè)備，嚴(yán)格按GMP標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，年產(chǎn)100公斤醫(yī)用級類人膠原蛋白純品，100噸化妝品級膠原蛋白水溶液（1%），產(chǎn)品可供醫(yī)藥和醫(yī)療器械諸如可注射產(chǎn)品、創(chuàng)傷等藥物以及化妝美容產(chǎn)品、保健食品大量之需。

工藝流程：

第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一胰島素1000磅牛胰10克胰島素200升發(fā)酵液10克胰島素干擾素1200升人血1升發(fā)酵液2－3萬美元/病人200－300美元/病人第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一基因工程技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)：

A、為癌種、病毒性疾病、心血管疾病和內(nèi)分泌疾病的預(yù)防、治療和診斷提供新型疫苗、新型藥物和新型診斷試劑。B、基因工程技術(shù)的最大好處在于它能從極端復(fù)雜的機(jī)體細(xì)胞內(nèi)取出所需要的基因，將其在體外進(jìn)行剪切拼接、重新組合，然后轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)募?xì)胞進(jìn)行表達(dá)，從而生產(chǎn)出比原來多數(shù)百、數(shù)千倍的相應(yīng)的蛋白質(zhì)。第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一基因工程技術(shù)生產(chǎn)藥品的優(yōu)點(diǎn)：

a.可大量生產(chǎn)過去難以獲得的生理活性多肽和蛋白質(zhì)，為臨床使用提供有效的保障；b.可以提供足夠數(shù)量的生理活性物質(zhì)，以便對其生理生化和結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究，從而擴(kuò)大這些物質(zhì)的應(yīng)用范圍；

c.利用基因工程技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)、挖掘更多的內(nèi)源性生理活性物質(zhì)；d.內(nèi)源性生理活性物質(zhì)在作為藥物使用時存在的不足之處，可以通過基因工程和蛋白質(zhì)工程進(jìn)行改造；e.利用基因工程技術(shù)可獲得新型化合物，擴(kuò)大藥物篩選來源。

第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一噬菌體遺傳學(xué)限制酶的發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒載體細(xì)菌抗藥性遺傳學(xué)噬菌體載體DNA合成與修復(fù)細(xì)菌基因調(diào)節(jié)研究外源DNA插入載體動物病毒學(xué)細(xì)菌表達(dá)載體構(gòu)建基因文庫哺乳動物表達(dá)載體大規(guī)模的蛋白合成克隆特定的基因制備探針反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄酶mRNA結(jié)構(gòu)與代謝的研究

寡核苷酸合成蛋白序列分析小鼠胚胎學(xué)插入生殖細(xì)胞定點(diǎn)突變改變基因結(jié)構(gòu)功能分析序列分析

DNA序列分析RNA序列分析基因工程的誕生與及其相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一基因工程藥物生產(chǎn)的基本過程基因工程藥物制造的一般流程：（1）獲得目的基因；（2）組建重組質(zhì)粒；（3）構(gòu)建基因工程菌；（4）培養(yǎng)工程菌；（5）產(chǎn)物分離純化；（6）除菌過濾；（7）半成品檢定；（8）包裝第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一1、上游階段：首先獲得目的基因，然后用限制性內(nèi)切酶和連接酶將其插入適當(dāng)?shù)妮d體質(zhì)?；蚴删w中并轉(zhuǎn)大腸桿菌或其它宿主菌（細(xì)胞），以便大量復(fù)制目的基因。選擇基因表達(dá)系統(tǒng)主要考慮的是保證表達(dá)功能，其次要考慮的是表達(dá)量的多少和分離純化的難易。其中的（1）、（2）、（3）步驟屬于上游階段，在實(shí)驗室完成。2、下游階段：將實(shí)驗室成果產(chǎn)業(yè)化、商品化，它主要包括工程菌大規(guī)模發(fā)酵最佳參數(shù)大的確立，新型生物反應(yīng)器的研制，高效分離介質(zhì)及裝置的開發(fā)，分離純化的優(yōu)化控制，高純度純品的制備技術(shù)，生物傳感器等一系列儀器儀表的設(shè)計和制造，電子計算機(jī)的優(yōu)化控制等。上述（4）、（5）、（6）、（7）、（8）等屬于下游階段。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一意義：自20世界70年代基因工程誕生以來，最先應(yīng)用基因工程技術(shù)且目前最為活躍的研究領(lǐng)域便是醫(yī)藥科學(xué)?；蚬こ碳夹g(shù)的迅猛發(fā)展使人們已能夠十分方便有效地生產(chǎn)許多以往難以大量獲得的生物活性物質(zhì)，甚至可以創(chuàng)造出自然界中不存在的全新物質(zhì)。1982年第一個基因重組產(chǎn)品——人胰島素在美國問世，吸引和激勵了大批科學(xué)家利用基因工程技術(shù)研制新藥品，迄今累計已有近30種基因工程藥物投入市場，產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一1989年我國批準(zhǔn)了第一個在我國生產(chǎn)的基因工程藥物—重組人干擾素αIb，標(biāo)志著我國生產(chǎn)的基因工程藥物實(shí)現(xiàn)了零的突破。這是我國自主研制成功的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一個基因工程一類新藥。從此以后，我國基因工程制藥業(yè)從無到有，不斷發(fā)展壯大。截止到1998年底，我國已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物和疫苗產(chǎn)品共計15種，它們是：重組人干擾素αIb、重組BFGF（外用）、重組人表皮因子（外用）、重組人干擾素α2ɑ、重組人干擾素α2b、重組人干擾素γ、重組人白細(xì)胞介素—2、重組人G—CSF、重組人紅細(xì)胞生成素、重組鏈激素、重組人胰島素、重組人生長激素、重組乙肝疫苗、痢疾菌苗。第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一我國基因工程藥物

（批準(zhǔn)上市的藥物和疫苗：12種；批準(zhǔn)進(jìn)入臨床的：10種；進(jìn)入臨床研究的：10種）第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)代生物醫(yī)藥業(yè)的三次浪潮重組蛋白質(zhì)的成功開發(fā)人源化單克隆抗體藥的突破基因組藥物及基因治療藥第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一浪潮I:重組蛋白質(zhì)的成功開發(fā)分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得體外獲得重組蛋白質(zhì)成為可能發(fā)酵技術(shù)和蛋白純化技術(shù)的發(fā)展為批量生產(chǎn)重組蛋白奠定了基礎(chǔ)重組蛋白質(zhì)被用來治療天然蛋白質(zhì)缺少引起的疾病FDA批準(zhǔn)77種生物藥中，有66種是重組蛋白質(zhì)82-89年蛋白質(zhì)藥的開發(fā)期為53個月，同期化合物藥則為132個月95-99蛋白質(zhì)藥的開發(fā)期增加為73個月第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一重組蛋白質(zhì)的成功開發(fā)1982年人胰島素（EliLilly）1985年生長激素（Genentech）全世界現(xiàn)在已有36類生物藥，77種生物藥制品，用于臨床治療，使大約6000多萬病人受益生物藥業(yè)在全球的市場資本已達(dá)120億美元。1999年美國七大生物藥公司的年銷售額達(dá)54.5美元，相當(dāng)于美國九大制藥公年銷售額675.5億美元的8%。在全世界46家領(lǐng)先的制藥公司正在開發(fā)的新藥中，11%是生物藥目前已有500多種生物醫(yī)藥在臨床試驗中，其中200多種已進(jìn)入三期臨床試驗或等待FDA批準(zhǔn)第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一重組蛋白質(zhì)藥的現(xiàn)狀與前景

第一個十年(82-92)有13種新藥進(jìn)入市場第二個十年(92-02)的中期達(dá)到高峰,僅1996年就有11種重組蛋白質(zhì)新藥批準(zhǔn)上市將繼續(xù)是生物藥業(yè)開發(fā)的重要組成部分第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一重組蛋白治療藥物的市場規(guī)模在2001年一2004年間有了長足發(fā)展,2001年的全球市場規(guī)模為214.7億美元,到2004年已經(jīng)增長到348億美元,平均年增長率達(dá)到21%。到2010年,重組蛋白藥物的總市場規(guī)模預(yù)計增長到521.2億元,將成為醫(yī)藥行業(yè)中獲利最豐厚的市場之一。第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一浪潮II:人源化單抗藥的突破75年單抗技術(shù)的發(fā)明為新藥研制開辟更廣闊天空抗體被廣泛應(yīng)用于疾病的診斷、預(yù)防及治療以抗體為主的生物醫(yī)藥業(yè)發(fā)展高潮正在到來

第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一單克隆抗體藥的現(xiàn)狀抗體藥物的銷售額97年-99年由4.68億美元增長到13億美元03年抗體類藥物總銷售額將會達(dá)到50億美元250多種抗體類藥物在臨床試驗中1/3已進(jìn)入三期臨床1/4已通過臨床III期試驗美國市場上有13種治療用的抗體藥物第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一單克隆抗體藥的現(xiàn)狀1994年，Centocor的Reopro一種血小板表面受體的單克隆抗體片段被批準(zhǔn)用于臨床來預(yù)防治療血栓形成1997年批準(zhǔn)上市的12種生物新藥中有2種是抗體藥1998年上市的12種新藥中有6種是抗體藥2000年又批準(zhǔn)了Mylotarg用于抗CD33陽性的急性髓性白血病2001年已被批準(zhǔn)及預(yù)期會被批準(zhǔn)的10多種生物新藥中，也有5種是屬于抗體類藥第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一抗體藥物市場銷售額預(yù)測第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)前美國治療性抗體市場ReoPro(J&J,Centocor,Lilly) 1994/$461MAbciximab,鼠抗GPIIb/II抗體,防止血小板凝集凝血性心血管疾病-AMI,不穩(wěn)定型心絞痛Rituxan(IDEC/Genentech/Roche) 1997/$303MRituximab,嵌合抗CD20抗體非霍奇金氏淋巴瘤Herceptin(Genentech) 1998/$204MTrastuzumab人源化抗HER-2/Neu抗體HER-2過量表達(dá)乳腺癌Synagis(Medimmune) 1998/$285MPalivizumab人源化抗-RSVF糖蛋白抗體小兒RSV感染第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)前美國治療性抗體市場Remicade(Centocor) 1998 $130MInfliximab嵌合抗TNF-α抗體局限性腸炎，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎Zenapax(PDL,Roche) 1997 $130MDacliximab,人源化,抗Tac(IL-2Receptorα)抗體移植排斥OrthocloneOKT3(OrthoBiotech)19 $60MMuromonab鼠抗CD-3(Tcells)抗體移植排斥Simulect(Novartis) 1998 $54MBasiliximab嵌合抗CD25(IL-2Receptor)抗體移植排斥第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一中國抗體研究現(xiàn)狀單抗診斷劑：針對乙型肝炎表面抗原流行性出血熱抗人T淋巴細(xì)胞及亞群風(fēng)疹病毒黑熱病抗人絨毛膜促性腺激素霍亂抗人白細(xì)胞相關(guān)抗原抗人免疫球蛋白的系列脊髓灰質(zhì)炎病毒呼吸道含病毒登革熱99mTc肺癌單抗片段診斷劑進(jìn)入I期臨床。單抗治療劑：碘[131I]-肝癌單抗片段注射液已完成Ⅰ期臨床28例，研究了其安全性和有效劑量。Ⅱ期臨床已進(jìn)行79例，腫瘤縮小率42.9%，穩(wěn)定21.4%，進(jìn)展35.7%，成為低毒、安全、有效的肝癌靶向治療藥物。乙腦單抗治療劑進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期臨床試驗，腎綜合癥出血熱單抗進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期臨床。第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一單克隆抗體藥物是生物制藥產(chǎn)業(yè)中最大類別的產(chǎn)品，如今已被成功用于治療腫瘤、癌癥等多種疾病領(lǐng)域，單克隆抗體藥物是繼重組蛋白后，第二次引領(lǐng)生物醫(yī)藥產(chǎn)品浪潮的藥品，其具有廣闊的發(fā)展前景單克隆抗體藥物發(fā)展經(jīng)歷了四個階段，分別為：鼠源性單克隆抗體、嵌合性單克隆抗體、人源化單克隆抗體和全人源化單克隆抗體，而在全球的單克隆抗體市場，第四個階段的全人源化單克隆抗體是其未來的發(fā)展方向。第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一嵌合抗體人－鼠嵌合抗體是最早出現(xiàn)的人源化抗體，也是目前研究最多、最成熟的基因工程抗體。利用DNA重組技術(shù)將鼠單抗的輕鏈、重鏈可變區(qū)的基因插入含有人抗體恒定區(qū)的表達(dá)載體，轉(zhuǎn)化哺乳動物細(xì)胞，即可表達(dá)出人－鼠嵌合抗體1984年，嵌合抗體（60％人，40％鼠）第一次被報道。1989年，Morrison等成功構(gòu)建了人－鼠嵌合抗體，該抗體的恒定區(qū)為人IgG恒定區(qū)，因而降低了該抗體的免疫原性。1994年，第一個嵌合單抗藥物———抗糖蛋白（GP）Ⅱb／Ⅲa的單抗ReoPro在美國上市，它與血小板表面的糖蛋白Ⅱb／Ⅲa受體結(jié)合，以阻斷纖維蛋白原、血小板凝集因子和其他有黏性的分子與受體位點(diǎn)結(jié)合，從而抑制血小板聚集，防止形成血栓。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期一人源化抗體是把鼠單抗的互補(bǔ)決定區(qū)（CDR）移植到人單抗的骨架區(qū)（FR）構(gòu)建而成的抗體，其人源成分達(dá)90％，又稱CDR移植的抗體，即通常所指的人源化抗體。1997年，第一個人源化單抗藥物抗CD－25單抗Zenapax在美國上市，該抗體與白介素－2受體上的鏈?zhǔn)接址QTac亞單位特異性地結(jié)合，從而抑制后者與白介素－2的結(jié)