基因工程药物开发利用前景_基因工程药物进展

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基因工程药物开发利用前景

摘 要：生物制药是以基因工程为基础的现代生物工程，即利用现代生物技术对DNA进行切割、连接、改造，生产出传统制药技术难以获得的生物药品。而现代生物技术是以基因为源头，基因工程和基因组工程为主导技术，与其他高技术相互交叉、渗透的高新技术。比尔·盖茨预言：下一个首富可能是从事生物技术的投资者。本文简要分析了国内外基因工程药物开发的现状和前景。

以基因工程，细胞工程，发酵工程和酶工程为主体的现代生物技术是70年代开始异军突起的高新技术领域，近一，二十年来发展极为神速，它与微电子技术，新材料和新能源技术并列为影响未来国计民生的四大科学技术支柱，被认为是21世纪世界科学技术的核心。现代生物技术又是一项与医药产业结合极为密切的高新技术，它的发展已带给了某些医学基础学科的革命性变化，并给医药工业开辟了更为广阔的心领域。

自1982年全世界第一个基因重组医药产品“人胰岛素”在美国面市以来，至今已有数十个生物技术药物上市。现代生物技术开辟了人体内源性多肽，蛋白质药物的新天地。于此同时它也正渗透到传统医药的哥哥领域，以抗生素，氨基酸，细胞融合及基因工程菌，化学合成药物的生物转化性，到单克隆抗体靶向制剂等等。不久之前美国的Eli Lilly公司又提出了生物技术在医药上的更大应用，是在新药研究筛选方法上的革命，即用基因工程受体实验代替传统的动物实验，所有这一切都表明了医药产业的技术基础正在发生战略性的变革。世界各大医药企业已瞅准目标，纷纷投入巨资围绕以现代生物技术为核心的产品和技术结构开拓，展开了面向21世纪的空前激烈的竞争。基因药物的前沿技术及部分基因药物

基因药物的直接体内基因治疗发展迅速,新型基因药物不断产生。现着重介绍对效果比较肯定关于基因药物的几项前沿技术，基因疫苗、反义RNA 药物、三链DNA 药物这三种新型基因药物技术的基本方法。1.1基因疫苗

基因疫苗的免疫方法即基因疫苗的给药途径,目前使用的方法有以下几种:（1）裸DNA 直接注射:将裸质粒DNA 直接注射到机体的肌肉、皮内、皮下、粘膜、静脉内。这种方法简单易行。

（2）脂质体包裹DNA 直接注射:包裹DNA 的脂质体能与组织细胞发生膜融合,而将DNA 摄入,减少了核酸酶对DNA 的破坏。注射途径同裸DNA直接注射。

（3）金包被DNA 基因枪轰击法:将质粒DNA 包被在金微粒子表面,用基因枪使包被DNA 的金微粒子高速穿入组织细胞.。

（4）繁殖缺陷细菌携带质粒DNA 法:选择一种容易进入某组织器官的细菌,将其繁殖基因去掉,然后用质粒DNA 转化细菌,当这些细菌进入某组织器官后,由于不能繁殖,则自身裂解而释放出质粒DNA。1.2反义RNA 反义RNA 指与mRNA 互补后,能抑制与疾病发生直接相关基因的表达的RNA。它封闭基因表达,具有特异性强、操作简单的特点,可用来治疗由基因突变或过度表达导致的疾病和严重感染性疾病,反义RNA 治疗的基本方法有： 1)反义寡核苷酸：体外合成十至几十个核苷酸的反义寡核苷酸或反义硫代磷酸酯寡核苷酸序列,用脂质体等将反义寡核苷酸导入体内靶细胞,然后反义寡核苷酸与相应mRNA特异性结合,从而阻断mRNA 的翻译。

2)反义RNA表达载体:合成或PCR 扩增获取反义RNA 的DNA ,将它克隆到表达载体,然后

将表达载体用脂质体导入靶细胞, 该DNA 转录反义RNA ,反义RNA 即与相应的mRNA 特异性结合,同样阻断某基因的翻译。

反义RNA目前主要用于恶性肿瘤、病毒感染性疾病等。有报导，用反义封闭胰腺癌、肺癌的癌基因，对癌细胞具有明显的抑制作用。1.3三链DNA 脱氧寡核苷酸能与双螺旋双链DNA 专一性序列结合,形成三链DNA ,来阻止基因转录或DNA 复制,此脱氧寡核苷酸被称为三链DNA 形成脱氧寡核苷酸(TFO)。为了与作用在mRNA 翻译水平的反义RNA 的反义技术相区别,将三链DNA 技术称之为反基因技术。

基本方法与机理

设计合成15～40个碱基的脱氧寡核苷酸, 这些序列具有较短而兼并性较高的特点, 与双链DNA结合,通常结合在蛋白识别位点处,形成三链DNA ,干扰DNA与蛋白质的结合, 如转录激活因子, 从而阻止基因的转录与复制。1.4部分基因药物

生物技术的开发迅猛异常、日新月异。生物技术的核心是基因工程, 基因工程技术 最成功的是用于生物治疗的新型药物的研制。已有近50 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。生物技术用于疾病的预防和疑难病症的治疗已经成为现 实。基因药物主要为以下几个系列：

（1）干扰素系列(IFN)IFN是一类具有广谱抗病毒活性的蛋白质，仅在同种细胞上可发挥作用。根据其来源、理化及生物学性质的不同，可分为IFN-α、IFN-β、IFN-γ 3种干扰素。干扰素具有很强的生物活性，主要表现在：

①抗病毒作用 目前慢性丙型肝炎的治疗以IFN-α为首选。②抗肿瘤作用。③免疫调节作用。

（2）白介素系列 白细胞介素是非常重要的细胞因子家族，现在得到承认的成员已达15个；它们在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥重要作用，此外它们还参与机体的多种生理及病理反应。

（3）集落刺激因子类药物(CSF)一些细胞因子可刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落，这些因子被命名为集落刺激因子，根据其作用对象，进一步命名分为粒细胞-CSF，巨噬细胞-CSF，粒细胞和巨噬细胞-CSF及多集落刺激因子。

（4）其他基因工程药物

①促进红细胞生成素 促红细胞生成素(Epo)是一种调节红细胞生成的体液因子，自从成功地克隆人类Epo基因后，其产物重组人促红细胞生成素被成功用于治疗肾性贫血及肿瘤等疾病伴发的贫血。最近的研究认为Epo是一种由缺氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor，HIF)家庭诱导产生的多功能细胞因子超家庭成员，对于多种器官都有保护作用。有报导，Epo能通过降低肾IRI时MDA、IL-6水平，增加SOD水平从而发挥保护作用，而最新研究还表明Epo有促进血管生成的作用。

②人生长激素人类的生长激素(Growth hormone，GH)是一条单链、非糖化、191个氨基酸合成的亲水性球蛋白，分子量21700Da，等电点pI为4.9.人生长激素具有促生长、促进蛋白质合成、对脂肪、糖、能量代谢有影响。

③人表皮生长因子 皮肤细胞表达10种以上的生长因子，它们以自分泌和旁分泌的方式对细胞自身和邻近细胞进行多种调节。

④重组链激酶 对心脑血管疾病有一定的疗效。

⑤肿瘤坏死因子 研究表明，巨噬细胞是产生TNF的主要来源。当肝、脾等网状内皮系统受到刺激后，借助于脂多糖的帮助，TNF基因开始转录，产生并释放TNF。同时B淋巴细胞也

产生一种与TNF类似的淋巴毒素，并与TNF享有共同受体。为了便于区分二者，将巨噬细胞产生的毒素称为TNF—α，淋巴细胞产生的毒素称为TNF-β。

TNF-α是迄今为止发现的抗肿瘤作用最强的细胞因子，它能特异性地直接杀伤肿瘤细胞，而对正常细胞无不良影响，能抑制肿瘤细胞的增殖并促使其溶解，还可激活机体的抗肿瘤免疫反应。但是由于TNF-α能被肾快速排泄和各种蛋白酶分解作用，在体内很不稳定，半衰期很短(15～30min)，而杀伤肿瘤细胞需要12～36 h。若希望通过静脉给药获得明显的抗肿瘤效果，则必须频繁大剂量注射，进而导致严重的不良反应。目前国内外学者对其的制剂研究主要集中在高分子化学修饰和药物载体传递系统两方面．无论采取何种手段，其最终目的有二：一是减少RES的摄取，延长药物血中半衰期；二是提高药物的靶向性，降低不良反应.国外基因工程药物研究开发现状和展望

据不完全统计，欧美诸国目前已经上市的基因工程药物近100 种，还有约300 种药物正在临床试验阶段，处于研究和开发中的品种约2 000 个。近两年基因药物上市的周期明显缩短，与一般药物研究开发相比，基因工程药物研究投入较大。

美国作为基因重组技术的发源地和众多基因工程药物的第一制造者，每年在基因工程药物研究方面的投资高达数十亿美元，现已成为国际公认的现代生物技术研究和开发的“带头羊”。日本，欧洲等地也不甘落后，都根据各自的特点，制定出符合本国国情的发展战略和对策，进行着激烈的竞争和角逐，就连亚洲的韩国，新加坡等也野心勃勃地着手这方面的研究和开发。

美国：在基因工程药物的研究和开发方面美国一直保持着世界领先地位。从1971年成立第一家美国生物技术公司到现在已形成拥有1300余家公司（占全世界生物技术公司总数的2/3的令人注目的产业规模，不过短短25年的历史，到1996年8月美国有20多种基因工程药物和疫苗上市。（详见表1）另有113家美国公司的284个产品处于临床试验阶段或等待FDA批准，呈现了强劲的发展势头。

日本：日本在基因工程药品的研究和开发方面也投入了大量资金，并取得了丰硕成果。现已开发出干扰素，乙肝疫苗，人促红细胞生产素，组织纤溶酶原激活剂，人生长激素，人胰岛素，人巨噬细胞集落刺激因子，人粒细胞集落刺激因子等众多产品。国内基因工程药物研究开发现状及展望

我国生物工程药物研究虽起步较晚，基础较差，但一开始就受到党和国家的高度重视。为跟踪世界新技术革命迅猛发展的浪潮，1986年3月我国一批著名科学家倡导起草了“高技术研究计划”——“863计划”，并将现代生物技术列为“863计划”最优先发展的项目和国家“七五”，“八五”攻关项目。经过广大科技工作者的艰苦努力，已取得了鼓舞人心的进展，一批基因工程产品的上游研究正在努力展开；一些产品正逐步进入开发研究阶段，不少产品已步入临床试验阶段或已获新药证书，进入工业化生产，详见表2。

与传统制药相比，生物制药有便于大规模生产、利润高、生产工艺简单、人力投入少、无污染、生产周期短等优点，因此，随着人类基因组计划的实施和科技水平的进一步发展，基因药物在医药市场的比例也将会日益提升，也将越来越影响人类的生活。

基因药物同时具有高投入、高收益、高风险、长周期的特征。Frost&Sullivan公司的一份最新报告指出，2004年，全球生物制药市场的收入为450亿美元。到2011年，其有望达到982亿美元。据预测，全球第一个用转基因植物生产的生物药物可望于2005～2006年上市。随着公众认知度的提高和相关法规的逐步完善，用转基因植物生产生物药物的市场将飞速增长，到2011年，单美国市场就将达到22亿美元。2002年底到2003年5月间一场突如其来的SARS疫情，再加上2005年度禽流感病毒传播，席卷了亚洲及加拿大等地。在紧张而又严肃的应对

这场疫情的过程中，生物制药又成为医药行业人士关注的焦点。

我国生物制品需求巨大，过去的几年我国企业一直能保持年均15％以上增幅，并且近年来销售的增长速度有加快的趋势。据统计，2005年国内生物制品销售收入总额为157．4亿元人民币，销售利润总额为38.7亿元人民币。预计到2006年生物技术工业总产值将达400亿到500亿元，到2015年总产值可达1100亿到1300亿元。我国的生物制药业将进入一个快速发展的阶段,生物医药工业将成为医药产业增长最快的部分。目前,我国许多省市已将生物制药作为本地的支柱产业重点扶持。一大批生物医药科技园相继在各地高新技术开发区建成。面对入世带给我国生物制药业的挑战和机遇,专家们预测,在未来若干年,我国的生物制药业将以超过全球平均增长速度步入高速发展轨道,前景十分广阔。

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