重组人血清白蛋白的药学应用研究进展
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重组人血清白蛋白( recombinant human serum a-l bumin, rHSA) 广泛用于血浆容量扩充剂。因其具有 无酶活性且无免疫原性等特点, 还可作为赋形剂和 稳定剂, 用于各种药物制剂及无血清细胞培养基的 组分等。另外, 由于具有抗氧化性, rHSA 也 被用作
[ 接受日期] 2005- 09- 28
不同放射性同位素标记的白蛋白微球体还可用 作诊断试剂, 经静脉注射后能有效地检查血管完整 性及肺、肝、脾等器官是否存在血栓或肿瘤。放射 性同位素标记的白蛋白微球体也可用作指示剂, 显 示药 物 被 Kupffer 细 胞 吸 收 后 是 否 存 在 吞 噬 作 用[ 12] 。在许多例子诸如肿瘤治疗中, 放射性同位素 标记的 白蛋 白 微 球体 都 用 作诊 断 试 剂[ 13] 。由 于 99mT c 标记的 rHSA 具 有肺、肝和 心脏血 管成像 作 用, rHSA 微球体已用于闪烁扫描研究。
基于卟啉能与血清白蛋白结合的特性, 黄宇彬 等[ 11] 成功地将 FeP 整合至 rHSA 中, 结果表明 FeP 的整 合 并 未 影 响 rHSA 的 结 构 和 生 物 功 能。将 rHSA- FeP 与等体积人血相混合, 结果显示它们之间 有很好的相容性, 红细胞的均一形态未受影响。临 床前大鼠试验表明, 在与血色素和肌血球素相似的 生理条件下, rHSA-FeP 复合体还能可逆地结合释放 氧。37 e 时, rHSA-FeP 在肺和肌肉组织间运输氧的 效率为 22% , 而在相同条件下, 红细胞的运输效率 为 23% [ 11] 。
以白蛋白为基础的药物传输系统已取得很大发 展, 将化疗药物与大分子载体系统相连可以增强肿 瘤定位作用, 降低药物毒性并克服抗药性。增殖的 肿瘤细胞利用白蛋白和其他血浆蛋白作为氮源, 它 们通过液相内吞作用以比正常组织快得多的速率吸 收白蛋白。这个特性促使人们选择白蛋白作为药物 载体, 连接后的结合物具有与白蛋白相同的肿瘤定 位性质, 如肿瘤吸收率高, 肝脏吸收率低, 生物半衰 期长。
G418/ Ampr
分泌 胞内
分泌
10 mg/ L > 1%
1 g/ L
发酵周期 约2天
分离纯化 较复杂
4~ 6 天
相对简单, 但时间较长, 容易受到蛋白酶降解
酿酒酵母最先被用来表达不均一真核蛋白。启 动子 PGK、GUT2、GAL7 都曾被报道用于酿 酒酵母 重组人血清白蛋白表达系统中。克鲁维酵母亦早已 成功用于表达不均一蛋白, 以 PKD- 1 为基础的表达 载体在克鲁维酵母中有效地表达了 rHSA。而国内 外也已用转基因动植物表达 rHSA。
选择标记
TC/ Ampr Ampr
H is4 H is4
表达方式
胞内 胞内
分泌 分泌
表达量
< 1% 约 1%
4~ 5 g/ L 11 4 g/ L
酿酒酵母 S . cerevisia 乳酸克鲁维酵母 K . lactis
pJDB2 07 pEKB11 1
pKan707
PH Ampr
[ 摘 要] 综 述了重组人血清白蛋白的性质、结构和功能, 及常 用表达系统 。重点介绍了 重组人血 清白蛋白在 药 学上的应用。人血清白蛋白是人血浆中最丰富的蛋白质, 具有许多重要的生理特性, 用途广泛。 [ 关键词] 重组白蛋白; 结构与功能; 白蛋白融合; 药学应用 [ 中图分类号] Q512. 1; R973. 5 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1001- 5094( 2006) 02- 0070- 05
众多血浆量显著减少的例子中, 白蛋白都能快速地 弥补损耗。在 30~ 60 分钟内, 100 mL 25% 的白蛋白 溶液能吸收 350 mL 细胞间液并产生近 450 mL 的全 血容量。如果失血非常严重, 也可以输入全血或大 量红细胞以恢复血球容量并增加携氧量。然而, 最 主要的问题依然是如何获得大量安全的血液, 因此, 可行的解决办法就是生产一种人工合成的血液替代 品, 重组白蛋白就是一种很好的替代品。
到目前为止, 毕赤酵母( P . pastoris GS115) 是应 用最广泛的 rHSA 表达系统, 它是 rHSA 及其他血浆 白蛋白的一个非常重 要的表达宿主。Kang 等[ 2] 用 另一株甲醇酵 母 Hansenula polymorpha DL- 1 在 甲醇 氧化酶( MOX) 启动子的控制下优化了 rHSA 的分泌 表达。Wu 等[ 3] 则采用 GAP 启动子, 在毕赤 酵母中 成功地实现了 HSA 和 hGSM- CSF 的顺序表达。
在乳糜尿、乳腺癌前哨淋巴结活检( SLNB) 和前 哨淋巴结检测、蛋白质流失肠病变及脚水肿[ 14] 等情 况下, 使用 99mTc- rHSA 进行淋巴闪烁显像具有非常 明显的优点。同时, 使用 99mTc- DTPA 半乳 糖-rHSA 显像剂即肝细胞去唾液酸糖蛋白受体结合物, 进行 肝脏闪烁扫描, 已经广泛用于各种肝脏疾病如肝硬 化的检查中[ 15] 。 313 与治疗剂直接结合
人血清白蛋白( human serum albumin, HSA) 是由 585 个氨基酸组成的 单链无糖基化的蛋白质, 分子 质量为 6615 kD, 等电点在 417~ 419 之间。它是人 血浆中最 丰富的 蛋白质, 占血 浆总 蛋白的 60% 左 右。每升人 血含 HSA 约 40 g, 一 个正常 成年男 性 ( 体重以 70 kg 计) 约有 315~ 4 L 血液, 即血浆中约 有 160 g HSA。HSA 除存在于血浆中外, 还存在于组 织、身体的分泌液、皮肤和淋巴腔中, 构成血管外 池, 血液里和血管外池总的 HSA 达 350 g。
[ Abstract] The structure, the main function and the expression systems of recombinant human serum albumin were reviewed in this article. And its applicat ion in pharmaceutical field was also introduced. Human serum albumin is the most abundant protein in human plasma, which is widely used due to its important phys-i ological properties. [ Key words] Recombinant albumin; Structure and function; Albumin fusion; Pharmaceut ical application
试验表明, 注射 rHSA-FeP 的老鼠存活时间增加 了 12 个小时, 明显比仅注射 rHSA 的一组长。因此,
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 72 页
药学进展
72 2006, Vol . 30, No. 2 Progress in Pharmaceutical Sciences
Progress of Recombinant Human Serum Albumin in Pharmaceutical Application
YIN Y-i wei, CHEN Jian-hua*
( School of Lif e Science and Technology , China Pharmaceutical University , Nanjing 210009, China )
药学进展
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 71 页
物和转 基因动 物等系 统中 进行 了 rHSA 的 表达 研 究。日本绿十字公司生产的重组人血清白蛋白也早 已于 2001 年批准上市。下面对人血清白蛋白的表
达系统进行简要概括, 常用重组人血清白蛋白表达 系统的比较见表 1。
静脉注射白蛋白微球体具有很好的组织定位作 用, 其主要是依赖微球体大小分布到肺组织、肝组织 或其他组织。15~ 30 Lm 或更大的微球体能通过心 脏, 并有 99% 储积于肺毛细管床内; 1~ 3 Lm 的微球 体能通过 网状内 皮组织 系统, 其中 90% 储积于 肝 脏。具有磁效应的微球体可以使药物在特定部位发 挥作用, 这样就可以小剂量给药, 降低副作用。
1 重组人血清白蛋白表达系统
到目前为止, 已在大肠杆菌、枯草杆菌、酵母、植
* 通讯作者: 陈建华, 副教授, 分子生物学教研室主任; 研究方向: 生物技术药物和药物蛋白质工程; Tel: 025- 83271265; E- mail: jhchen@ cpu. edu. cn
2006, Vol . 30, No. 2 71 Progress in Pharmaceutical Sciences
另外, 通过给老鼠静脉注射125I标记的 rHSA 与
HSA 后, 在血液代谢、尿及粪便等排泄物或组织中的 分布方面均未发现两种蛋白有明显区别[ 8] 。因此, 由毕赤酵母表达 得到的 rHSA 非常安全, 且结构和 功能与从人类血浆分离获得的白蛋白完全相同。
3 重组人血清白蛋白在药学中的应用
311 人造血液替代品 大出血情况下输血是惟一有效的治疗手段, 在
表 1 rHSA 常用表达系统的比较( Tab 11 Comparison of common expression systems of rHSA)
受体菌 大肠杆菌 E . coli 毕赤酵母 P . p astoris
载体名称 pBR322 PXL276
PHIL- D1
启动子
Trp PL
AOX1 AOX2
2 重组人血清白蛋白结构与功能特性
毕赤 酵 母 表 达 系 统 可 以 大 量 生 产 rHSA, 在 250 mg rHSA 中污染物含量小于 1 ng[ 4] 。SDS/ PAGE 凝胶电泳、远紫外和近紫外 CD 光谱、固相荧光光谱 等结构分 析结果均表明, rHSA 与 HSA 具有相 同的 结构[ 5, 6] 。同时这两种不同来源的白蛋白在免疫原 性以及对热和变性剂( 氢氯化胍) 的抗性等方面都是 一致的, 且功能上也无不同之处[ 7] 。例如, rHSA 与 可迈丁、苯丙香豆素、酮洛芬和布洛芬等的立体选 择结合特性与 HSA 是一致的。除配基结合特性外, 白蛋白还具有类似于酯酶的活性, 以对硝基乙酸为 底物 的 试验 表 明, rHSA 与 HSA 的 酯 酶特 性 没 有 不同[ 8-10] 。
药物载体, 从而赋予药物更好的理化特性[ 1] 。 目前人血清白蛋白商品绝大多数都由人源血浆
提取纯化而得。但是, 一方面由于血液中存在各种 传染性疾病病原体的潜在危险, 尤其是艾滋病、乙肝 等病毒的蔓延, 来自人源血浆的白蛋白在纯化过程 中难免将这些病毒带入终产品, 而利用基因重组技 术生产白蛋白则可避免病毒感染; 另一方面血液供 应也有限, 因此, 寻找血液替代品成为当务之急。重 组 DNA 技术的建立和发展, 为生物材料的获得提供 了重要方法。近年来许多科研工作者一直热衷于重 组人血清白蛋白的研究。
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 70 页
药学进展
70 2006, Vol . 30, No. 2 Progress in Pharmaceutical Sciences
重组人血清白蛋白的药学应用研究进展
殷艺伟, 陈建华*
( 中国药科大学生命科学与技术学院, 江苏 南京 210009)
与 FeP 结合的 rHSA 可以成为一种治疗大出血的药 物。
尽管输注 rHSA- FeP 不会引起免疫问题, 同时能 够完成诸如氧的运输、配体结合、恢复胶体渗透压等 复杂的功能, 但这种输注并非等同于输血, 且无凝血 性质。而且由于 FeP 与 rHSA 的结合是可逆的, 因此 在有强白蛋白结合能力的药物供给时效果不理想。 312 通过微球体化和化学修饰促进药物的靶向作用
[ 接受日期] 2005- 09- 28
不同放射性同位素标记的白蛋白微球体还可用 作诊断试剂, 经静脉注射后能有效地检查血管完整 性及肺、肝、脾等器官是否存在血栓或肿瘤。放射 性同位素标记的白蛋白微球体也可用作指示剂, 显 示药 物 被 Kupffer 细 胞 吸 收 后 是 否 存 在 吞 噬 作 用[ 12] 。在许多例子诸如肿瘤治疗中, 放射性同位素 标记的 白蛋 白 微 球体 都 用 作诊 断 试 剂[ 13] 。由 于 99mT c 标记的 rHSA 具 有肺、肝和 心脏血 管成像 作 用, rHSA 微球体已用于闪烁扫描研究。
基于卟啉能与血清白蛋白结合的特性, 黄宇彬 等[ 11] 成功地将 FeP 整合至 rHSA 中, 结果表明 FeP 的整 合 并 未 影 响 rHSA 的 结 构 和 生 物 功 能。将 rHSA- FeP 与等体积人血相混合, 结果显示它们之间 有很好的相容性, 红细胞的均一形态未受影响。临 床前大鼠试验表明, 在与血色素和肌血球素相似的 生理条件下, rHSA-FeP 复合体还能可逆地结合释放 氧。37 e 时, rHSA-FeP 在肺和肌肉组织间运输氧的 效率为 22% , 而在相同条件下, 红细胞的运输效率 为 23% [ 11] 。
以白蛋白为基础的药物传输系统已取得很大发 展, 将化疗药物与大分子载体系统相连可以增强肿 瘤定位作用, 降低药物毒性并克服抗药性。增殖的 肿瘤细胞利用白蛋白和其他血浆蛋白作为氮源, 它 们通过液相内吞作用以比正常组织快得多的速率吸 收白蛋白。这个特性促使人们选择白蛋白作为药物 载体, 连接后的结合物具有与白蛋白相同的肿瘤定 位性质, 如肿瘤吸收率高, 肝脏吸收率低, 生物半衰 期长。
G418/ Ampr
分泌 胞内
分泌
10 mg/ L > 1%
1 g/ L
发酵周期 约2天
分离纯化 较复杂
4~ 6 天
相对简单, 但时间较长, 容易受到蛋白酶降解
酿酒酵母最先被用来表达不均一真核蛋白。启 动子 PGK、GUT2、GAL7 都曾被报道用于酿 酒酵母 重组人血清白蛋白表达系统中。克鲁维酵母亦早已 成功用于表达不均一蛋白, 以 PKD- 1 为基础的表达 载体在克鲁维酵母中有效地表达了 rHSA。而国内 外也已用转基因动植物表达 rHSA。
选择标记
TC/ Ampr Ampr
H is4 H is4
表达方式
胞内 胞内
分泌 分泌
表达量
< 1% 约 1%
4~ 5 g/ L 11 4 g/ L
酿酒酵母 S . cerevisia 乳酸克鲁维酵母 K . lactis
pJDB2 07 pEKB11 1
pKan707
PH Ampr
[ 摘 要] 综 述了重组人血清白蛋白的性质、结构和功能, 及常 用表达系统 。重点介绍了 重组人血 清白蛋白在 药 学上的应用。人血清白蛋白是人血浆中最丰富的蛋白质, 具有许多重要的生理特性, 用途广泛。 [ 关键词] 重组白蛋白; 结构与功能; 白蛋白融合; 药学应用 [ 中图分类号] Q512. 1; R973. 5 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1001- 5094( 2006) 02- 0070- 05
众多血浆量显著减少的例子中, 白蛋白都能快速地 弥补损耗。在 30~ 60 分钟内, 100 mL 25% 的白蛋白 溶液能吸收 350 mL 细胞间液并产生近 450 mL 的全 血容量。如果失血非常严重, 也可以输入全血或大 量红细胞以恢复血球容量并增加携氧量。然而, 最 主要的问题依然是如何获得大量安全的血液, 因此, 可行的解决办法就是生产一种人工合成的血液替代 品, 重组白蛋白就是一种很好的替代品。
到目前为止, 毕赤酵母( P . pastoris GS115) 是应 用最广泛的 rHSA 表达系统, 它是 rHSA 及其他血浆 白蛋白的一个非常重 要的表达宿主。Kang 等[ 2] 用 另一株甲醇酵 母 Hansenula polymorpha DL- 1 在 甲醇 氧化酶( MOX) 启动子的控制下优化了 rHSA 的分泌 表达。Wu 等[ 3] 则采用 GAP 启动子, 在毕赤 酵母中 成功地实现了 HSA 和 hGSM- CSF 的顺序表达。
在乳糜尿、乳腺癌前哨淋巴结活检( SLNB) 和前 哨淋巴结检测、蛋白质流失肠病变及脚水肿[ 14] 等情 况下, 使用 99mTc- rHSA 进行淋巴闪烁显像具有非常 明显的优点。同时, 使用 99mTc- DTPA 半乳 糖-rHSA 显像剂即肝细胞去唾液酸糖蛋白受体结合物, 进行 肝脏闪烁扫描, 已经广泛用于各种肝脏疾病如肝硬 化的检查中[ 15] 。 313 与治疗剂直接结合
人血清白蛋白( human serum albumin, HSA) 是由 585 个氨基酸组成的 单链无糖基化的蛋白质, 分子 质量为 6615 kD, 等电点在 417~ 419 之间。它是人 血浆中最 丰富的 蛋白质, 占血 浆总 蛋白的 60% 左 右。每升人 血含 HSA 约 40 g, 一 个正常 成年男 性 ( 体重以 70 kg 计) 约有 315~ 4 L 血液, 即血浆中约 有 160 g HSA。HSA 除存在于血浆中外, 还存在于组 织、身体的分泌液、皮肤和淋巴腔中, 构成血管外 池, 血液里和血管外池总的 HSA 达 350 g。
[ Abstract] The structure, the main function and the expression systems of recombinant human serum albumin were reviewed in this article. And its applicat ion in pharmaceutical field was also introduced. Human serum albumin is the most abundant protein in human plasma, which is widely used due to its important phys-i ological properties. [ Key words] Recombinant albumin; Structure and function; Albumin fusion; Pharmaceut ical application
试验表明, 注射 rHSA-FeP 的老鼠存活时间增加 了 12 个小时, 明显比仅注射 rHSA 的一组长。因此,
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 72 页
药学进展
72 2006, Vol . 30, No. 2 Progress in Pharmaceutical Sciences
Progress of Recombinant Human Serum Albumin in Pharmaceutical Application
YIN Y-i wei, CHEN Jian-hua*
( School of Lif e Science and Technology , China Pharmaceutical University , Nanjing 210009, China )
药学进展
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 71 页
物和转 基因动 物等系 统中 进行 了 rHSA 的 表达 研 究。日本绿十字公司生产的重组人血清白蛋白也早 已于 2001 年批准上市。下面对人血清白蛋白的表
达系统进行简要概括, 常用重组人血清白蛋白表达 系统的比较见表 1。
静脉注射白蛋白微球体具有很好的组织定位作 用, 其主要是依赖微球体大小分布到肺组织、肝组织 或其他组织。15~ 30 Lm 或更大的微球体能通过心 脏, 并有 99% 储积于肺毛细管床内; 1~ 3 Lm 的微球 体能通过 网状内 皮组织 系统, 其中 90% 储积于 肝 脏。具有磁效应的微球体可以使药物在特定部位发 挥作用, 这样就可以小剂量给药, 降低副作用。
1 重组人血清白蛋白表达系统
到目前为止, 已在大肠杆菌、枯草杆菌、酵母、植
* 通讯作者: 陈建华, 副教授, 分子生物学教研室主任; 研究方向: 生物技术药物和药物蛋白质工程; Tel: 025- 83271265; E- mail: jhchen@ cpu. edu. cn
2006, Vol . 30, No. 2 71 Progress in Pharmaceutical Sciences
另外, 通过给老鼠静脉注射125I标记的 rHSA 与
HSA 后, 在血液代谢、尿及粪便等排泄物或组织中的 分布方面均未发现两种蛋白有明显区别[ 8] 。因此, 由毕赤酵母表达 得到的 rHSA 非常安全, 且结构和 功能与从人类血浆分离获得的白蛋白完全相同。
3 重组人血清白蛋白在药学中的应用
311 人造血液替代品 大出血情况下输血是惟一有效的治疗手段, 在
表 1 rHSA 常用表达系统的比较( Tab 11 Comparison of common expression systems of rHSA)
受体菌 大肠杆菌 E . coli 毕赤酵母 P . p astoris
载体名称 pBR322 PXL276
PHIL- D1
启动子
Trp PL
AOX1 AOX2
2 重组人血清白蛋白结构与功能特性
毕赤 酵 母 表 达 系 统 可 以 大 量 生 产 rHSA, 在 250 mg rHSA 中污染物含量小于 1 ng[ 4] 。SDS/ PAGE 凝胶电泳、远紫外和近紫外 CD 光谱、固相荧光光谱 等结构分 析结果均表明, rHSA 与 HSA 具有相 同的 结构[ 5, 6] 。同时这两种不同来源的白蛋白在免疫原 性以及对热和变性剂( 氢氯化胍) 的抗性等方面都是 一致的, 且功能上也无不同之处[ 7] 。例如, rHSA 与 可迈丁、苯丙香豆素、酮洛芬和布洛芬等的立体选 择结合特性与 HSA 是一致的。除配基结合特性外, 白蛋白还具有类似于酯酶的活性, 以对硝基乙酸为 底物 的 试验 表 明, rHSA 与 HSA 的 酯 酶特 性 没 有 不同[ 8-10] 。
药物载体, 从而赋予药物更好的理化特性[ 1] 。 目前人血清白蛋白商品绝大多数都由人源血浆
提取纯化而得。但是, 一方面由于血液中存在各种 传染性疾病病原体的潜在危险, 尤其是艾滋病、乙肝 等病毒的蔓延, 来自人源血浆的白蛋白在纯化过程 中难免将这些病毒带入终产品, 而利用基因重组技 术生产白蛋白则可避免病毒感染; 另一方面血液供 应也有限, 因此, 寻找血液替代品成为当务之急。重 组 DNA 技术的建立和发展, 为生物材料的获得提供 了重要方法。近年来许多科研工作者一直热衷于重 组人血清白蛋白的研究。
# 综述与专论 #
2006 年第 30 卷 第 2 期 第 70 页
药学进展
70 2006, Vol . 30, No. 2 Progress in Pharmaceutical Sciences
重组人血清白蛋白的药学应用研究进展
殷艺伟, 陈建华*
( 中国药科大学生命科学与技术学院, 江苏 南京 210009)
与 FeP 结合的 rHSA 可以成为一种治疗大出血的药 物。
尽管输注 rHSA- FeP 不会引起免疫问题, 同时能 够完成诸如氧的运输、配体结合、恢复胶体渗透压等 复杂的功能, 但这种输注并非等同于输血, 且无凝血 性质。而且由于 FeP 与 rHSA 的结合是可逆的, 因此 在有强白蛋白结合能力的药物供给时效果不理想。 312 通过微球体化和化学修饰促进药物的靶向作用