现代生物技术在医学方面的应用

现代生物技术在医药学中的应

[摘要]简述了现代生物技术在医药学中的应用现状。包括基因工程在药学方面的应用、基因工程在医学方面的应用以及蛋白质工程在药学方面的应用。

生物技术（biotechnology），有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。如今，它已广泛应用到医药学领域。

1 基因工程在药学方面的应用

1.1 基因工程药物利用基因工程技术开发新型治疗药物是当前最活跃和发展最快的领域。自1982年世界第一个基因工程药物——重组胰岛素投放市场以来，基因工程药物就成为制药行业的一支奇兵，每年平均有3-4个新药或疫苗问世，开发成功的约50个药品，诸如人胰岛素、人尿激酶、人生长激素、干扰素、激活剂、乙肝疫苗等已广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病和一些遗传病上，在很多领域特别是疑难病症上，起到了传

统化学药物难以达到的作用。

1.2 重组DNA技术在医药中的应用目前，重组DNA技术的应用在这方面相当活跃。现已利用重组DNA技术生产出各类产品：①激素类：胰岛素、生长激素、生长激素抑制剂等；生理活性剂：干扰素、白细胞介素、淋巴细胞活素等；②疫苗类：乙型肝炎病毒疫苗、流感病毒疫苗等；③酶类：蛋白酶、糖化酶、溶菌酶、尿激酶、凝乳酶等；蛋白质：胶原蛋白、血清蛋白等。④其它类产品：氨基酸、维生素、核昔、多糖、抗生素、有机酸、微生物菌体、醇类等，都可用重组DNA技术生产，充分显示了这种技术的商业价值。近年来，我国学者在重组DNA技术上却有着可喜的进展。例如：侯纬敏等分子克隆人血小板生成素基因成功；舒东等成功构建并获得高效表达抗人纤维蛋白单链抗体一低分子量尿激酶双功能事例蛋白的细胞株。曾宗浩等制备出长效胰岛素目标产品。孔祥平等制备了促肝细胞生长单克隆抗体等，为我国应用重组DNA技术的工业生产提供了丰富素材。

2 基因工程在医学方面的应用

2.1 基因诊断基因诊断开始于2O世纪90年代。它是运用基因手段诊断，从基因中寻找病根，旨在为一些“不治之症”寻找新的诊断渠道。其特点是特异性非常强，只要检测出该病变基因的存在，就能确诊。目前，聚合酶链式反应的基因诊断技术是在基因水平上对人体疾病进行诊断的最新技术。从原理上说，医生只

要拥有适当的工具“探针”，就可正确诊断任何一种基因疾病，而且不论该基因是否产生相应的蛋白质。此法诊断已经不限于癌症的诊断，也用于产前诊断和症状前诊断。我国已具有对珠蛋白基因缺陷性贫血、苯丙酮尿症、血友病、杜氏肌营养不良症等遗传疾病进行基因诊断的能力。DNA化学合成的完善和自动化，DNA 扩增技术的优化，为合成基因探针，提高临床诊断的质量，是人来所殷切企盼的。

2.2 基因治疗基因治疗是指由于某种基因缺陷引起的遗传

病通过转基因技术而得到纠正。临床实贱已经表明：基因治病已经变革了整个医学的预防和治疗领域。比如白痴病，用健康的基因更换或者矫正患者的有缺损的基因，就有可能根治这种疾病。现在已知的人类遗传病约有4000种，包括单基因缺陷和多基因综合症。运用基因工程技术或基因打靶的手段，将病毒的基因杀灭，插入校正基因，得以治疗、校正和预防遗传疾病的目的。目前，基因治疗已扩大到肿瘤、心血管系统疾病、神经系统疾病等的治疗。人类也已成功实现了肾、心、肝、胰、肺等器官移植，也有双器官和多器官的联合移植。基因治疗有两种途径：一是体细胞的基因治疗，一是生殖细胞的基因治疗。由于生殖细胞的基因治疗操作技术异常复杂，又涉及伦理，缓行之理充足，故尚无人涉足。

3 蛋白质工程在药学方面的应用

3.1 药物作用机理目前，许多药用的活性化合物在体内的作用机理并不清楚。应用蛋白质组学技术，分析经这些活性化合物处理过的细胞／组织或体液表达的蛋白质组，并比较处理（治疗）前后的蛋白质组的表达差异、鉴定其中发生相应变化的蛋白质，可以更清楚更详尽的阐明药物的作用机理，从而提供更为有效、合理的药理模型。Page等通过比较抗肝癌化合物OGT719和5一氟尿嘧啶分别处理过的肿瘤细胞株的蛋白质组表达图谱，发现它们二者2-DE的表达图谱发生了类似的变化，这表明二者在体内的作用机制相类似。其中一种发生显着变化的蛋白质，经蛋白质组学技术鉴定为核糖体RNA结合蛋白（嘧啶合成途径的一种重要蛋白质）。这表明，OGT719确实与已知的5一Fu的作用机制类似。Andevrson等通过分析抑制素类降胆固醇化合物对小鼠肝脏蛋白质组的影响，从药物治疗前后表达变化的蛋白质中鉴定出HMG—CoA合成酶（胆固醇合成途径的关键酶之一），从而阐明了该类降胆固醇药物的作用机理。

3.2 新药筛选的研究目前，组合化学技术的成熟可以源源不断地提供大量新药开发的新化合物。但是，由于现有的筛选技术存在许多明显的局限，比如一次只能使用一种与目标疾病对应的药理筛选指标，必须预先了解药物作用的模式和机制等。因而相对滞后。而蛋白质组技术可通过分析比较化合物处理（治疗）前后模型细胞或组织的蛋白质组的表达图谱，并和该细胞或组织的数据库的标准蛋白质组表达图谱对照，快速提取该化合物的有效

性和毒性方面有价值信息，并将之用于大量新化合物的筛选。因而，在这方面具有明显的优势。随着蛋白质组技术的不断发展成熟（自动化、高通量、标准蛋白质组图谱库的扩大和完善等），蛋白质组筛选技术将在今后的新药开发中起着越来越重要的作用。Bak蛋白一直被认为与细胞凋亡有关，但缺乏相关证据。

3.3 药物不良反应的研究蛋白质组学对药物不良反应的研究，一般是通过比较正常组织和用欲研究的药物处理过的组织细胞的蛋白质组，寻找药物所具有毒副作用的迹象。一个成功运用蛋白质组进行毒理学研究的例子是SandraSreiner对免疫抑制剂环孢菌素A（Cy—closporine，CsA）的毒性研究。CsA是用于器官移植的临床药物，一直以来都认为它具有肾脏毒性的副作用，但其肾毒性机理一直不甚清楚。Steiner等对经CsA处理的与未经处理的大鼠肾细胞蛋白质组2D—PAGE图进行比较，发观经CsA处理后小鼠肾脏组织的蛋白质组中钙结合蛋白calbindinD28（calhindinD28，它位于肾小管，主要参与钙结合和转运）下调。这就解释了用该药后肾小管的钙积累和由此造成的肾小管毒性。MollerA等对胰腺癌细胞经较高剂量的细胞毒性药柔红霉素（Daunorubicin，DRC）处理后的蛋白质组的改变进行了研究，发现许多蛋白在DRC处理后调，而这些改变用逆转录PCR却无法检测到。由此可见，检测经药物刺激的组织细胞的蛋白质组，建立其蛋白质组数据库，可以帮助我们了解它们的毒理学机制，并建立可用于评估它们的安全性的生物标志物。