蛋白质药物的发展概况

蛋白质药物的发展概况吴崇兵OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential122目录基因工程技术的应用与发展趋势基因工程与生物制药OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential3基因工程技术自从20世纪70年代初期问世以来,经过了30多年的发展历程,无论是在基础理论研究领域,还是在生产实际应用方面,都已经取得了惊人的成就。它不仅使整个生命科学的研究发生了前所未有的深刻变化,而且也给世界各国的医疗业、制药业、农业、畜牧业、环保业的发展开辟了广阔的前景,为人类带来了巨大的经济和社会效益,特别是基因工程技术在医疗业和制药业的应用,在新的世纪将呈现出更加强劲的蓬勃发展态势。31基因工程技术的应用与发展趋势OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential4基因工程争夺战的主要表现①各国政府竞相制定发展规划,实行优惠政策,投入巨额资金,以促进基因工程的迅速发展。越来越多的非生物技术公司也纷纷把资金投向基因工程产品的研发和产业化中;②基因工程使学术界、工业界和金融界紧密结合,形成了一种新兴的高科技产业,并掀起了一股并购和重组热潮;③在发达国家,以基因工程产品为研发对象的公司、企业如雨后春笋般不断地建立起来;④基因工程产品的商品化速度明显加快,投放市场的新产品迅速增加。41.1全球性的基因工程争夺战OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential5美国是现代生物技术的发源地,又是应用现代生物技术研制新型药物的第一个国家,多数基因工程药物都首创于美国。美国在生物技术制药产业舞台上一直稳居榜首,占据着世界领先地位。到2001年初,美国已有2000家生物技术公司,约占全世界生物技术公司总数的三分之二,其中有300多家公开上市,其市场资本总额在2000年达到约3300亿美元,每年投入的研究经费达50亿美元以上。2000年美国生物技术药物和疫苗产值已超过了200亿美元。目前,医药生物技术产业已成为美国高技术产业发展的核心动力之一。5美国的基因工程OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential66美国的基因工程图1-1历年来美国FDA批准的基因工程药物数目OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential7日本在基因工程研究方面起步虽较晚,但由于它有坚实的工业微生物和化学工程基础,加之政府对基因工程研究十分重视,一直在奋起直追美国,故进展十分神速。到目前为止,日本有800多家生物技术公司,在生物医药方面位于世界前列,仅次于美国。日本很多基因工程药物生产公司都在加强向美国和欧洲开拓市场,也纷纷看好中国市场,以各种方式进入中国。如日本麒麟啤酒公司与中国药厂合作,G-CSF从原料到分装都在中国进行;日本中外制药公司已在上海建厂生产G-CSF(CHO细胞表达);日本大冢也在筹划建厂生产干扰素。7日本的基因工程OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential8欧洲各国把生物技术医药产品视为强劲的经济增长点。欧洲生物技术市场资本总额与美国相近,而且投资额几乎成倍增长。欧洲现有约1000多家生物技术公司,主要分布在医药保健和食品饮料行业。近年来,欧洲在发展生物技术药品方面进展很快。德、英、法等国在研制开发和生产基因工程药物方面也成就斐然,在生物技术的某些领域甚至赶上并超过美国。特别是德国,其生物技术水平仅次于美、日,居世界第三位。8欧洲各国的基因工程OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential9我国医药生物技术的研究和开发起步较晚,但我国对生物技术制药的发展十分重视,在国家有关科技计划,特别是“863”计划的大力支持下,这一领域得到了迅速发展,逐步缩短了与先进国家的差距,已经开始步入国际先进国家行列,具备了一定的国际竞争能力。当前,我国已有生物制药企业200多家,其中有生产能力的企业60多家。我国基因工程制药产业已粗具规模,产品主要是基因工程药物和疫苗,生产品种有21种,产值逐年增长,2000年产值近30亿元人民币。9我国的基因工程OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential1010我国的基因工程OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential11在20世纪80年代中期,出现了一门新兴的学科———蛋白质工程。它主要是利用X-光结晶学技术和电子计算机,模拟确定所研究蛋白质的立体结构,并找出影响该结构的关键氨基酸,然后用基因工程的方法,克隆出该蛋白的基因和作出它的核苷酸序列,最后再用化学合成的寡核苷酸,作体外诱变来改变上述关键氨基酸密码,从而改变蛋白质的性质。这些性质包括增加酶的活性、改变酶底物特异性、改变蛋白质对pH的敏感性、改进蛋白质对热的耐性、改进抗原的特点等。111.2蛋白质工程的研究开发飞速发展OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential12①美国Cetus公司的美籍华人麦富智,用多核苷酸位点特异性诱变的方法,将β-干扰素中的两个半胱氨酸改变成丝氨酸,从而使这种干扰素能在低温下保存半年还不降低活力,为干扰素的临床使用铺平了道路。②英国皇家理工学院的Fersht和剑桥分子生物学实验室的Winter也用同样的方法将酪氨酸tRNA合成酶51位的苏氨酸变为脯氨酸,使它的酶活性提高了25倍。121.2蛋白质工程的研究开发飞速发展OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential13基因工程技术的应用也有力地促进了医学科学研究的发展。它的影响所涉及的有疾病的临床诊断、遗传病的基因治疗、新型疫苗的研制以及癌症和艾滋病的研究等诸多科学,并且均已取得了相当的成就。早在基因工程刚刚诞生的时候,它就被迅速地应用于肿瘤发生和细胞癌变理论的研究,为肿瘤诊断、药物治疗、肿瘤转移及其预防等提供了有效的新手段。这方面的重要突破是发现了致癌基因,弄清了肿瘤的起因。现在一些靠传统的接种疫苗无法预防的疾病,正在通过基因克隆技术发展有效的新型疫苗。还有一些遗传疾病如今已能在胎儿身上得到诊断,而且有希望使囊性纤维化、乳腺癌以及其他一些严重危害人类的疾病,在不久的将来得到有效的治疗。131.3医学科学研究取得巨大成就OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential141990年,美国国立卫生研究院的BlaseRM等人,用腺苷酸脱氨酶(ADA)基因治愈一位严重免疫缺损的4岁女孩(ADA基因缺陷)。自此,世界各国都掀起了研究基因治疗的热潮。2000年法国巴黎内克尔儿童医院利用基因治疗,使数名有免疫缺陷的婴儿恢复了正常的免疫功能,这是基因治疗开展近十年来科学家取得的最大成功。目前,每年用于基因治疗上的总投资为10亿美元左右,主要集中在美国,其次是欧洲。截至2001年9月,全世界已批准的基因治疗方案达到了596个,癌症居基因治疗的首位,总共376个方案,占总数的63%,其次是单基因疾病、心血管病、传染性疾病(主要是HIV)和其他疾病。预计到2010年基因治疗的市场将达到430亿美元左右。我国在1991年就开展了B型血友病的基因治疗,且获得了很好的疗效。“九五”期间,在基因导入和基因治疗临床试验等方面都取得了很大进展,目前已有6个基因治疗方案进入临床研究。最近,由北京大学心血管研究所进行的血管内皮生长因子基因治疗阻塞性血管疾病的研究,已进入了临床试验阶段,是继美国之后第二个进行此项临床试验的国家。141.4基因治疗技术取得重大进展OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential15目前已研制成功100多种基因工程药物和疫苗,其中销售额较大的是红细胞生成素(EPO)、人胰岛素(Insulin)、人生长激素(huGH)、干扰素(IFN)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等,每种药品的年销售额高达数亿美元甚至数十亿美元。2000年全球生物技术产品销售收入达到了500多亿美元,其中生物技术药物销售额为300亿美元。20世纪90年代以后,全球生物技术药品销售额以年均30%的速度增长,大大高于全医药行业年均不到10%的增长速度。152基因工程与生物制药OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential16162.1基因工程制药发展态势国家发展策略投入资金临床试验上市品种产值美国支持基础,创新,主导领先水平100亿USD/年370(2000.6)110(2000)27(2001.1～6)200亿USD/年日本合作,实用化,信息化2000亿日元/年50种以上505000亿日元/年德国创新,转让,加大投入1006812(2001.1～5)中国重视,优先,优惠20多种2030亿人民币OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential17人胰岛素(Insulin)胰岛素是多肽激素的一种,具有多种生物功能,在维持血糖恒定,增加糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白质的合成,调节与控制细胞内多种代谢途径等方面都有重要作用。胰岛素用于临床糖尿病的医治已有近70年的历史,长期以来,其来源仅仅是从动物的胰脏中提取,而动物的胰岛素由于与人的胰岛素在氨基酸组成上有一定的差异,长期注射人体时,产生自身的免疫反应,影响治疗效果。自20世纪80年代初开始,人们已开始用基因工程技术大量生产人胰岛素了。172.2主要基因工程药物简介OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential18国外人胰岛素的基因工程生产一般采用了两种方式:一是分别在大肠杆菌中合成A链和B链,再在体外用化学方法连接两条肽链组成胰岛素。美国EliLilly公司采用该法生产的重组人胰岛素Humulin最早获准商品化。另一种方法是用分泌型载体表达胰岛素原,如丹麦Novo工业公司用重组酵母分泌产生胰岛素原,再用酶法转化为人胰岛素。Novo研究所的Brange等应用蛋白质工程技术在胰岛素分子中取代一个氨基酸残基,防止单体二聚化,由此合成的新型胰岛素在药物浓度下基本上保持单体,注射后吸收速度比正常胰岛素快2～3倍;另有报道将胰岛素B链第10位的His变为Asp,获得高活力胰岛素B10Asp,其受体结合能力和离体生物活力分别为猪胰岛素的262%和235%。182.2主要基因工程药物简介OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential19人生长激素(humangrowthhormone,hGH)人生长激素是人的垂体腺前叶嗜酸细胞分泌的一种非糖基化多肽激素。它有多种生物功能,主要是刺激身体生长。最近发现hGH对一些细胞的增殖和分化以及DNA合成有直接效应。hGH的主要用途是治疗侏儒症,临床试验认为hGH对慢性肾功能衰竭和Turner综合症也有很好疗效。美国的Genentech公司采用枯草杆菌系统表达hGH,产量达1.5g/L,于1985年10月批准上市,商品名称为Prptropin(hGH)。1994年3月又有新产品Nutyopin被批准上市。英国Cellteck公司用哺乳动物细胞生产的hGH,比从垂体中提纯的天然hGH多一个蛋氨酸,其治疗效果更为显著。我国用E.Coli和哺乳动物细胞表达hGH,早已完成中试,1995年开始进行临床试验,现已有两家公司投入工业生产。192.2主要基因工程药物简介OneStopSolutionforBiologyResearchConfidential20干扰素(interferon,IFN)干扰素是一类