蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況

蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展概況第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月122目錄基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢基因工程與生物制藥第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程技術(shù)自從20世紀70年代初期問世以來,經(jīng)過了30多年的發(fā)展歷程,無論是在基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域,還是在生產(chǎn)實際應(yīng)用方面,都已經(jīng)取得了驚人的成就。它不僅使整個生命科學(xué)的研究發(fā)生了前所未有的深刻變化,而且也給世界各國的醫(yī)療業(yè)、制藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、環(huán)保業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的前景,為人類帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益,特別是基因工程技術(shù)在醫(yī)療業(yè)和制藥業(yè)的應(yīng)用,在新的世紀將呈現(xiàn)出更加強勁的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。31基因工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢3第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程爭奪戰(zhàn)的主要表現(xiàn)①各國政府競相制定發(fā)展規(guī)劃,實行優(yōu)惠政策,投入巨額資金,以促進基因工程的迅速發(fā)展。越來越多的非生物技術(shù)公司也紛紛把資金投向基因工程產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中;②基因工程使學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和金融界緊密結(jié)合,形成了一種新興的高科技產(chǎn)業(yè),并掀起了一股并購和重組熱潮;③在發(fā)達國家,以基因工程產(chǎn)品為研發(fā)對象的公司、企業(yè)如雨后春筍般不斷地建立起來;④基因工程產(chǎn)品的商品化速度明顯加快,投放市場的新產(chǎn)品迅速增加。41.1全球性的基因工程爭奪戰(zhàn)4第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月美國是現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)源地,又是應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)研制新型藥物的第一個國家,多數(shù)基因工程藥物都首創(chuàng)于美國。美國在生物技術(shù)制藥產(chǎn)業(yè)舞臺上一直穩(wěn)居榜首,占據(jù)著世界領(lǐng)先地位。到2001年初,美國已有2000家生物技術(shù)公司,約占全世界生物技術(shù)公司總數(shù)的三分之二,其中有300多家公開上市,其市場資本總額在2000年達到約3300億美元,每年投入的研究經(jīng)費達50億美元以上。2000年美國生物技術(shù)藥物和疫苗產(chǎn)值已超過了200億美元。目前,醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為美國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力之一。5美國的基因工程5第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月6美國的基因工程圖1-1歷年來美國FDA批準的基因工程藥物數(shù)目6第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月日本在基因工程研究方面起步雖較晚,但由于它有堅實的工業(yè)微生物和化學(xué)工程基礎(chǔ),加之政府對基因工程研究十分重視,一直在奮起直追美國,故進展十分神速。到目前為止,日本有800多家生物技術(shù)公司,在生物醫(yī)藥方面位于世界前列,僅次于美國。日本很多基因工程藥物生產(chǎn)公司都在加強向美國和歐洲開拓市場,也紛紛看好中國市場,以各種方式進入中國。如日本麒麟啤酒公司與中國藥廠合作,G-CSF從原料到分裝都在中國進行;日本中外制藥公司已在上海建廠生產(chǎn)G-CSF(CHO細胞表達);日本大冢也在籌劃建廠生產(chǎn)干擾素。7日本的基因工程7第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月歐洲各國把生物技術(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品視為強勁的經(jīng)濟增長點。歐洲生物技術(shù)市場資本總額與美國相近,而且投資額幾乎成倍增長。歐洲現(xiàn)有約1000多家生物技術(shù)公司,主要分布在醫(yī)藥保健和食品飲料行業(yè)。近年來,歐洲在發(fā)展生物技術(shù)藥品方面進展很快。德、英、法等國在研制開發(fā)和生產(chǎn)基因工程藥物方面也成就斐然,在生物技術(shù)的某些領(lǐng)域甚至趕上并超過美國。特別是德國,其生物技術(shù)水平僅次于美、日,居世界第三位。8歐洲各國的基因工程8第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月我國醫(yī)藥生物技術(shù)的研究和開發(fā)起步較晚,但我國對生物技術(shù)制藥的發(fā)展十分重視,在國家有關(guān)科技計劃,特別是“863”計劃的大力支持下,這一領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展,逐步縮短了與先進國家的差距,已經(jīng)開始步入國際先進國家行列,具備了一定的國際競爭能力。當前,我國已有生物制藥企業(yè)200多家,其中有生產(chǎn)能力的企業(yè)60多家。我國基因工程制藥產(chǎn)業(yè)已粗具規(guī)模,產(chǎn)品主要是基因工程藥物和疫苗,生產(chǎn)品種有21種,產(chǎn)值逐年增長,2000年產(chǎn)值近30億元人民幣。9我國的基因工程9第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月10我國的基因工程10第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月在20世紀80年代中期,出現(xiàn)了一門新興的學(xué)科———蛋白質(zhì)工程。它主要是利用X-光結(jié)晶學(xué)技術(shù)和電子計算機,模擬確定所研究蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu),并找出影響該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵氨基酸,然后用基因工程的方法,克隆出該蛋白的基因和作出它的核苷酸序列,最后再用化學(xué)合成的寡核苷酸,作體外誘變來改變上述關(guān)鍵氨基酸密碼,從而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。這些性質(zhì)包括增加酶的活性、改變酶底物特異性、改變蛋白質(zhì)對pH的敏感性、改進蛋白質(zhì)對熱的耐性、改進抗原的特點等。111.2蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展11第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月①美國Cetus公司的美籍華人麥富智,用多核苷酸位點特異性誘變的方法,將β-干擾素中的兩個半胱氨酸改變成絲氨酸,從而使這種干擾素能在低溫下保存半年還不降低活力,為干擾素的臨床使用鋪平了道路。②英國皇家理工學(xué)院的Fersht和劍橋分子生物學(xué)實驗室的Winter也用同樣的方法將酪氨酸t(yī)RNA合成酶51位的蘇氨酸變?yōu)楦彼?使它的酶活性提高了25倍。121.2蛋白質(zhì)工程的研究開發(fā)飛速發(fā)展12第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程技術(shù)的應(yīng)用也有力地促進了醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的發(fā)展。它的影響所涉及的有疾病的臨床診斷、遺傳病的基因治療、新型疫苗的研制以及癌癥和艾滋病的研究等諸多科學(xué),并且均已取得了相當?shù)某删汀Ｔ缭诨蚬こ虅倓傉Q生的時候,它就被迅速地應(yīng)用于腫瘤發(fā)生和細胞癌變理論的研究,為腫瘤診斷、藥物治療、腫瘤轉(zhuǎn)移及其預(yù)防等提供了有效的新手段。這方面的重要突破是發(fā)現(xiàn)了致癌基因,弄清了腫瘤的起因。現(xiàn)在一些靠傳統(tǒng)的接種疫苗無法預(yù)防的疾病,正在通過基因克隆技術(shù)發(fā)展有效的新型疫苗。還有一些遺傳疾病如今已能在胎兒身上得到診斷,而且有希望使囊性纖維化、乳腺癌以及其他一些嚴重危害人類的疾病,在不久的將來得到有效的治療。131.3醫(yī)學(xué)科學(xué)研究取得巨大成就13第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月

1990年,美國國立衛(wèi)生研究院的BlaseRM等人,用腺苷酸脫氨酶(ADA)基因治愈一位嚴重免疫缺損的4歲女孩(ADA基因缺陷)。自此,世界各國都掀起了研究基因治療的熱潮。2000年法國巴黎內(nèi)克爾兒童醫(yī)院利用基因治療,使數(shù)名有免疫缺陷的嬰兒恢復(fù)了正常的免疫功能,這是基因治療開展近十年來科學(xué)家取得的最大成功。目前,每年用于基因治療上的總投資為10億美元左右,主要集中在美國,其次是歐洲。截至2001年9月,全世界已批準的基因治療方案達到了596個,癌癥居基因治療的首位,總共376個方案,占總數(shù)的63%,其次是單基因疾病、心血管病、傳染性疾病(主要是HIV)和其他疾病。預(yù)計到2010年基因治療的市場將達到430億美元左右。我國在1991年就開展了B型血友病的基因治療,且獲得了很好的療效?！熬盼濉逼陂g,在基因?qū)牒突蛑委熍R床試驗等方面都取得了很大進展,目前已有6個基因治療方案進入臨床研究。最近,由北京大學(xué)心血管研究所進行的血管內(nèi)皮生長因子基因治療阻塞性血管疾病的研究,已進入了臨床試驗階段,是繼美國之后第二個進行此項臨床試驗的國家。141.4基因治療技術(shù)取得重大進展14第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月目前已研制成功100多種基因工程藥物和疫苗,其中銷售額較大的是紅細胞生成素(EPO)、人胰島素(Insulin)、人生長激素(huGH)、干擾素(IFN)、粒細胞集落刺激因子(G-CSF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)等,每種藥品的年銷售額高達數(shù)億美元甚至數(shù)十億美元。

2000年全球生物技術(shù)產(chǎn)品銷售收入達到了500多億美元,其中生物技術(shù)藥物銷售額為300億美元。20世紀90年代以后,全球生物技術(shù)藥品銷售額以年均30%的速度增長,大大高于全醫(yī)藥行業(yè)年均不到10%的增長速度。152基因工程與生物制藥15第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月162.1基因工程制藥發(fā)展態(tài)勢國家發(fā)展策略投入資金臨床試驗上市品種產(chǎn)值美國支持基礎(chǔ),創(chuàng)新,主導(dǎo)領(lǐng)先水平100億USD/年370(2000.6)110(2000)27(2001.1～6)200億USD/年日本合作,實用化,信息化2000億日元/年50種以上505000億日元/年德國創(chuàng)新,轉(zhuǎn)讓,加大投入

1006812(2001.1～5)

中國重視,優(yōu)先,優(yōu)惠

20多種2030億人民幣16第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月人胰島素(Insulin)胰島素是多肽激素的一種,具有多種生物功能,在維持血糖恒定,增加糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白質(zhì)的合成,調(diào)節(jié)與控制細胞內(nèi)多種代謝途徑等方面都有重要作用。胰島素用于臨床糖尿病的醫(yī)治已有近70年的歷史,長期以來,其來源僅僅是從動物的胰臟中提取,而動物的胰島素由于與人的胰島素在氨基酸組成上有一定的差異,長期注射人體時,產(chǎn)生自身的免疫反應(yīng),影響治療效果。自20世紀80年代初開始,人們已開始用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)人胰島素了。172.2主要基因工程藥物簡介17第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月國外人胰島素的基因工程生產(chǎn)一般采用了兩種方式:一是分別在大腸桿菌中合成A鏈和B鏈,再在體外用化學(xué)方法連接兩條肽鏈組成胰島素。美國EliLilly公司采用該法生產(chǎn)的重組人胰島素Humulin最早獲準商品化。另一種方法是用分泌型載體表達胰島素原,如丹麥Novo工業(yè)公司用重組酵母分泌產(chǎn)生胰島素原,再用酶法轉(zhuǎn)化為人胰島素。

Novo研究所的Brange等應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在胰島素分子中取代一個氨基酸殘基,防止單體二聚化,由此合成的新型胰島素在藥物濃度下基本上保持單體,注射后吸收速度比正常胰島素快2～3倍;另有報道將胰島素B鏈第10位的His變?yōu)锳sp,獲得高活力胰島素B10Asp,其受體結(jié)合能力和離體生物活力分別為豬胰島素的262%和235%。182.2主要基因工程藥物簡介18第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月人生長激素(humangrowthhormone,hGH)人生長激素是人的垂體腺前葉嗜酸細胞分泌的一種非糖基化多肽激素。它有多種生物功能,主要是刺激身體生長。最近發(fā)現(xiàn)hGH對一些細胞的增殖和分化以及DNA合成有直接效應(yīng)。hGH的主要用途是治療侏儒癥,臨床試驗認為hGH對慢性腎功能衰竭和Turner綜合癥也有很好療效。美國的Genentech公司采用枯草桿菌系統(tǒng)表達hGH,產(chǎn)量達1.5g/L,于1985年10月批準上市,商品名稱為Prptropin(hGH)。1994年3月又有新產(chǎn)品Nutyopin被批準上市。英國Cellteck公司用哺乳動物細胞生產(chǎn)的hGH,比從垂體中提純的天然hGH多一個蛋氨酸,其治療效果更為顯著。我國用E.Coli和哺乳動物細胞表達hGH,早已完成中試,1995年開始進行臨床試驗,現(xiàn)已有兩家公司投入工業(yè)生產(chǎn)。192.2主要基因工程藥物簡介19第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月干擾素(interferon,IFN)干擾素是一類在同種細胞上具有廣譜抗病毒活性的蛋白質(zhì),其活性的發(fā)揮又受到細胞基因組的調(diào)節(jié)和控制,涉及RNA和蛋白質(zhì)的合成。干擾素是一種類似多肽激素的細胞功能調(diào)節(jié)物質(zhì),是一種細胞素。以上定義包括如下含義:①干擾素必須是一種蛋白質(zhì);②在一般生理狀態(tài)下,細胞的干擾素基因呈靜止狀態(tài),只有在特定誘生劑作用下才進行轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯出具有種屬特異性的干擾素;③干擾素本身不能直接滅活病毒,而是細胞在干擾素作用后產(chǎn)生出多種抗病毒蛋白,從而阻斷病毒的繁殖;④干擾素必須具有廣譜的抗病毒活性。根據(jù)抗原特異性和分子結(jié)構(gòu)的不同,干擾素可分為α、β、γ三型。干擾素的基本特性包括:種屬特異性,作用“廣譜性和選擇性”,相對無害性和特殊穩(wěn)定性等。干擾素的生物功能活性可歸納為:①抗侵入細胞內(nèi)有害微生物活性;②抗細胞分裂活性;③調(diào)節(jié)免疫功能活性。干擾素在臨床上主要用于治療惡性腫瘤和病毒性疾病。目前,編碼干擾素的基因已能在大腸桿菌、酵母菌和哺乳動物細胞中表達。α、β、γ三型基因工程干擾素都已研制成功,產(chǎn)品已投放市場,用于治療的病種達20多種。我國衛(wèi)生部已批準生產(chǎn)的干擾素品種有8種。目前,人們已經(jīng)在應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)研制活性更高,更適于臨床應(yīng)用的干擾素類似物和干擾素雜合體等各種新型干擾素。202.2主要基因工程藥物簡介20第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月白細胞介素(Interleukin,IL)白細胞介素是由白細胞或其他體細胞產(chǎn)生的又在白細胞間起調(diào)節(jié)作用和介導(dǎo)作用的因子,是一類重要的免疫調(diào)節(jié)劑。目前已發(fā)現(xiàn)的IL已達16種之多,它們的生物學(xué)功能十分廣泛,主要功能有:①激活并刺激T、B淋巴細胞的增殖和分化;②刺激巨噬細胞和粒細胞的活性;③作為各種細胞的絲裂原;④其他功能(抗腫瘤作用、誘導(dǎo)發(fā)熱、作為佐劑等)。IL在臨床上主要用于治療惡性腫瘤和病毒性疾病(如乙型肝炎、艾滋病等)。隨著分子生物學(xué)的進展,各種白介素基因已相繼克隆成功,并制成基因工程白介素純品,其中有幾種已投放市場。國內(nèi)IL-2已批準生產(chǎn)IL-3、IL-4和IL-6等,其他IL也正在研制中。應(yīng)用蛋白質(zhì)工程技術(shù),在IL-2中將125位Cys分別由Ser或Ala取代,制成生物活性、熱穩(wěn)定性和復(fù)性效果都比原IL-2強的新型IL-2(125Ser-IL-2和125Ala-IL-2),現(xiàn)已獲準臨床應(yīng)用。212.2主要基因工程藥物簡介21第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月集落刺激因子(Colony-StimulatingFactor,CSF)集落刺激因子是一類能參與造血調(diào)節(jié)過程的糖蛋白分子,故又稱造血刺激因子或造血生長因子。現(xiàn)在已知的CSF主要有4種:①粒細胞集落刺激因子(G-CSF);②巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF);③粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF);④多能集落刺激因子(Multi-CSF,即IL-3)。

CSF的功能可概括為:刺激造血細胞增殖、維系細胞存活、分化定型、刺激終末細胞的功能活性等。近年來的研究表明,CSF不僅在造血細胞的增殖與分化中起重要作用,而且也參與對成熟細胞的功能調(diào)節(jié),并在宿主抗感染免疫中起著重要作用。上述4種CSF在注入人體后均有促使各類白細胞增殖和成熟、增加血小板和紅細胞數(shù)量的作用。因此,CSF在臨床上多用作癌化療的輔佐藥物,如化療后產(chǎn)生的白細胞減少癥,也用于骨髓移植促進生血作用,還可用于治療白血病、粒細胞缺乏癥、再生障礙貧血等多種疾病。各類CSF的基因結(jié)構(gòu)及其功能早已研究清楚,并在各種宿主細胞中成功表達。1991年美國FDA已批準G-CSF和GM-CSF作為新藥投入市場。美國預(yù)測2000年G-CSF的年銷售額將達到20～30億美元。我國研制的GM-CSF和G-CSF已進入臨床試驗階段,即將進行試產(chǎn)。目前CSF的蛋白質(zhì)工程研究主要有:

(1)將GM-CSFN端1～11位氨基酸刪除,得到生物活性明顯提高和受體親和活性增強的GM-CSF(12～127)突變體;

(2)將單核細胞趨化激活因子(MCAF)與GM-CSF