重组药物

转基因植物—改良品质
不会引起过敏的 转基因大豆
转基因高赖氨酸玉米
用转基因的植物生产药物
转基因抗乙肝西红柿(中国)，虽然不能治愈 乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能 代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食 品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁 殖，使转入的基因稳定化。
基因工程药物的安全性及 质量检控
基因工程药物
何谓基因工程药物？
基因工程药物是指采用基因工程技术研制 的，能预防和治疗某种疾病但含量极微而 难以用传统方法制取的特殊药物。
基因工程药物包括哪些？
蛋白
细胞因子药物 蛋白类激素 溶血栓药物 治疗用酶 可溶性受体和黏附分子 其它
核酸
DNA药物 反义RNA药物 RNAi药物 核酶
基因工程药物的发展概况
采取的措施 构建基因工程药物表达载体时给目的基因组装诱导型启 动子，使其在诱导条件下才能有效表达。 构建基因工程药物表达载体时慎用选择标记基因或报告 基因，避免生产的基因工程药物中残留对病人有害的物 资。 尽可能采用外源DNA定位整合载体，避免外源DNA随机 整合导致靶细胞基因突变。
根据基因工程药物生产和使用的具体情况，逐步完善对 此类产品的严格质量控制。
是高度保守的,将外源基因插入5′端调控序列中，
就可以指导外源基因在尿中表达。
动物膀胱生物反应器
植物表达系统
转基ห้องสมุดไป่ตู้植物
以植物作为基因工程药物表达的受体系统，目 前主要用于研制转基因植物疫苗。即将抗原基 因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄 入该植物或其中的抗原蛋白，以产生对某抗原 的免疫应答。转基因植物生产疫苗的研究主要 集中在烟草、马铃薯、蕃茄、香蕉等植物。 利用植物受体系统表达一般蛋白质药物的研究 也已开始，目前我们所认识到的中药有效成分 如生物碱、皂苷、糖苷、黄酮等大部分中药是 次生代谢产物，可在人工培养过程中有目的地 加入已知的有效代谢中间产物、促进剂或抑制 剂，增加有效成分的产量。
第三阶段是到了 80 年代中期，随着基因重组和基因转移 技术的不断发展和完善，科学家可以将人们所需要的药用 蛋白基因导入到哺乳动物体内，使目的基因在哺乳动物身 上表达，从而获得药用蛋白。携带外源基因并能稳定遗传 的这种动物，我们称之为转基因动物。由于从哺乳动物乳 汁中获取的基因药物产量高、 易提纯，因此利用乳腺分 泌出的乳汁生产药物的转基因动物称为 “动物乳腺生物 反应器”。 90 年代中后期，国际上用转基因牛、 羊和猪等家畜生产 贵重药用蛋白的成功实例已有几十种，一些由转基因动物 乳汁中分离的药物正用于临床试验，但还没有一例药品成 功上市。
乳腺生物反应器



英国罗斯林研究所研制成功的转基 因羊，其乳汁中含有抗胰蛋白酶， 可治疗肺气肿病。这种病在北美比 较常见，病人以前只能依赖于注射 人的抗胰蛋白酶做替代疗法， 价格 昂贵，而现在用转基因羊来生产， 每升这种羊奶可售6000美元。
乳腺生物反应器
荷兰的GenPharm公司用转基因牛生 产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出 来营养奶粉的销售额是50亿美元。
转基因植物—抗虫
Bt毒蛋白 我国的转基因抗虫棉就是转入了 基因 培育出来的。
转基因植物—抗病毒
抗病毒的转基因小麦
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转基因植物—其他抗逆
抗盐碱
抗干旱
抗涝害
抗寒
抗除草剂
转鱼抗寒基 转基因抗除草剂玉米 因的番茄
抗除草剂基因
抗冻蛋白基因
转基因植物：提高作物 抗逆 能力， 改良农作物的 品质 。
基因工程药物的特点
从根本上解决了某些药物的生物原料 适应证不断延伸
技术含量高
加速疑难病症新药物的开发
研制基因工程药物的技术路线
基本技术路线1： 获得具有预防和治疗作用的蛋白质 的基因 组入表达载体 受体细胞高效表达 动物试验 临床试验 申报新药证书 如人干扰素基因 基本技术路线2： 基因组 未知功能的人类基因全长cDNA 群 组入表达载体 受体细胞瞬间表达 功能初筛 功能验证 重组蛋白表达 体内外药效分析 临床前研究 临床验证 建立在庞大人类基因 资源基础上的，具有 申报新药证书
前景和展望
基因工程药物的发展给生物医药领域带来了不断的突破. 人类基因组计划 的完成更有利于帮助我们确定疾病发生和发展的靶标以及寻找更多的有 效治疗药物[4]. 随着人类基因组计划的完成，后基因组计划、蛋白质组 学研究和RNA的功能等的不断研究，人体重要器官的生理活动和功能与 疾病相关的基因的关系逐渐研究深入，功能的改变引起了人体生理功能 衰退和功能的缺失的基因结构逐渐被认识清楚，引发众多疑难问题和顽 固疾病的机理逐渐研究清晰. 基因重组细胞因子、基因重组激素、基因重 组溶血栓药物、基因工程血液代用品、基因工程重组蛋白药物、反义核 酸药物、RNAi基因治疗药物和siRNA基因治疗药物等对抗病毒感染、抗 肿瘤治疗、对基因功能的研究及识别和确认基因靶点等领域的功能研究 不断深入，新型基因工程药物的研制不断取得了突破性进展. 运用基因工 程药物进行基因治疗，是治疗人类的遗传病症、癌症的转移和扩散等并 发症、衰老疾病、心血管病症、传染性病毒和代谢性疾病等众多疾病治 疗的最为有效的治疗方法. 因此，基因工程药物对人类生存和健康具有极 其重要的治疗潜力，发展前景广阔.
20 世纪 70 年代，随着 DNA重组技术的成熟，诞生了基 因工程药物，高产值、 高效率的基因药物给医药产业带 来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医药产业进 入了新的历史时期。 基因药物经历了三个阶段： 第一阶段是把药用蛋白基因导入到大肠杆菌等细菌中，通 过大肠杆菌等表达药用蛋白，但这类药物往往有缺陷，人 类的基因在低等生物的细菌中往往不表达或表达的蛋白没 有生物活性。 第二阶段是人们用哺乳动物的细胞代替细菌，生产第二代 基因工程药物。但由于哺乳动物细胞培养条件相对苛刻， 生产的药物成本居高不下。 第一、 二代基因药物的研制 和生产已经成熟。 从第一个反义核酸药物 Vitrovene 于 1998 年和 1999 相继在美国和欧洲上市以来，发展迅速。
缺点

动物活体表达系统
转基因动物
转基因动物是指通过实验方法，人工地把外源基 因导入动物的受精卵（或早期胚胎细胞），使外源基 因与动物本身的基因组整合在一起，因而外源基因能 随细胞的分裂而增殖，并能稳定地遗传给下一代的一 类动物。 1982年，R.D.Palmiter等科学家将金属硫蛋白基 因的启动子和大白鼠生长激素基因拼接成融合基因， 把这种基因导入小白鼠的受精卵，再将这一受精卵移 植到一借腹怀孕的母鼠体内，生下来的小鼠比正常小 鼠体格大一倍，称为“巨鼠”。
巨大的开发潜力，缩 短新药开发的时间， 可大规模增加新药的 数量。
优点：目的明确。缺 点：发现新药的机率 低，在人体内表达量 较高的蛋白质才有较 大可能被开发。
建立基因高效表达系统
1 微生物表达系统 动物细胞表达系统 动物活体表达系统
2
3
4
植物表达系统
微生物表达系统
基因工程大肠杆菌的构建技术
表达载体构建
目前对基因工程操作的后果还存在一定程度的不可预测 性和不可控制性，转基因生物有可能隐藏某些危害性。
基因工程药物与一般药品不同，它来源于活的生物体， 在发酵、细胞培养、产品分离纯化等生产过程有其固有 的易变性，导致基因工程药物质量的不稳定性。 在制备的基因工程药物中残留的抗生素有可能使病人产 生对抗生素的抗药性。 用于基因治疗的基因工程药物除了能杀死不正常细胞外 可能同时伤害正常的细胞。 当用于生产基因工程药物的重组体发生突变或对目的产 品进行修饰、纯化时，都有可能产生或带入一些与目的 产品相关联的、结构相差甚微而生物活性迥异的变异体。
基因工程药物的质量检控
产品质量鉴定 产品生物活性(效价)测定 安全性评价 稳定性考察 产品一致性的保证
基因工程药物研究的热点
基因工程药物研究的热点
随着基因工程药物的发展，转基因技术研究的深入，转基因技术在制药业 中具有广阔的发展前景，我国的基因制药行业已初具规模. 随着后基因组 时代的逐步深入，生物反应器、反义核酸技术、RNAi技术和siRNA等基 因技术的不断完善，采用小分子干扰手段进行基因治疗极具发展潜力. 使 用现代生物学、医学、药学最先进的技术设备和方法生产基因工程药物， 治疗遗传疾病和肿瘤等病症引起了全世界更多研究者的高度重视. 发展 和完善生物药物制剂、大分子药物吸收、转运机理研究和给药系统研究、 代谢工程—组合生物学与新药研发、糖生物学和糖基化工程与新药研究 等成为最热门的研究热点. 基因工程药物的生物机理和传导机制及生物信 息组学和代谢功能的研究受到了高度关注. 而且，生物信息学和功能基因 组学，特别是蛋白质组学、药物基因组学与基因药物研究发展关系十分 密切. DNA芯片技术、构建生物分子库以研制新药、定点突变、DNA洗 牌技术和计算机辅助新蛋白质设计等基因工程药物技术的发展前景广阔， 医学应用价值深远。
乳腺生物反应器
存在问题
1)由于药物基因随机整合的位置效应会引 起的表达不稳定性；
2)对乳汁中蛋白质基因表达的调控机制有 待深入了解，尤其是时空特异性表达及激 素诱导性表达等问题须进一步探索。
动物活体表达系统
动物血液生物反应器
动物膀胱生物反应器
动物血液生物反应器
外源基因在血液中表达的转基因动物叫血液
核酸类药物
核酸类药物主要是在核酸水平(DNA和RNA)上 发挥作用，它通过纠正突变的基因并使之重新 获得适当的功能来治疗或预防疾病。 特点是：能将基因表达的产物的作用局限于病 变组织周围，从而使治疗更具针对性；只要转 化细胞不被清除，转化的基因不被抑制，基因 表达的产物就可以持续发挥作用。
动物活体表达系统
乳腺生物反应器
基本方法

将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元 件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精 卵或胚胎干细胞，当转基因胚胎长成个体后，在泌 乳期药用蛋白质基因表达，从动物乳汁可获得基因 工程药物。
乳腺生物反应器
优点

采用乳汁蛋白质基因的调节元件调控药物基因的表 达, 具有组织特异性，基因表达限于乳腺组织； 表达产物不断随乳汁排出体外, 产量高； 与原核细胞表达系统比较，乳腺细胞具有蛋白质修 饰功能，表达产物具有稳定的生物活性； 蛋白质提取、纯化简单。 在经济效益方面，应用转基因动物—乳腺生物反应 器技术来制造基因药物也是一种可以获取巨额经济 利润的新型产业。
生物反应器。大家畜的血液容量较大，利用动物 血液生产某些蛋白质或多肽等药物己取得了一定 进展。外源基因编码产物可直接从血清中分离出 来，血细胞组分可通过裂解细胞获得。
动物膀胱生物反应器
外源基因在膀胱中表达的转基因动物生物反应 器,叫动物膀胱生物反应器。膀胱尿乳头顶端 表面可表达一组尿血小板溶素的膜蛋白，这种 蛋白在膀胱中表达具有专一性，而且它的基因
重组蛋白质类药物
细胞因子药物：干扰素、集落因子、白细胞介素、肿瘤 坏死因子、趋化因子、生长因子、凝血因子 蛋白质类激素药物：生长激素、胰岛素、胰岛素样生长 因子、促卵泡素、甲状旁腺素、降钙素、胰高血糖素、 促黄体生成素、甲状腺刺激素和心钠素等。 溶血栓药物：组织型纤溶酶激活剂、尿激酶型纤溶原激 活物、蝙蝠唾液纤溶酶原激活剂、链激酶和葡激酶等。 治疗用酶：超氧化物歧化酶、羧肽酶、尿酸氧化酶、葡 糖脑苷脂酶、脱氧核糖核酸酶和胸苷激酶等。 可溶性受体和黏附分子：可溶性补体受体Ⅰ型 其他：血红蛋白、白蛋白等。
基因工程药物研究未来的发展方向
基因工程药物目前的研究方向是通过关键技术突破性研究，研发 具有自主知识产权，对治疗人重大疾病能够产生确切的疗效，毒 副作用较小，以进行大型规模化生产，质量较为稳定的、功能控 的基因工程药物，并且在原有基因工程药物的础上，开发系列制 剂，满足不同患者的需求，扩临床治疗效果和应用范围. 基因工程 药物的未来的发展方向是将针对危害类健康的重大疾病（创伤修 复、心脑血管疾病治、神经系统疾病和肿瘤等方面），在基因工 程多及基因治疗药物、疫苗、重大疾病防治药物、药新剂型、分 子诊断技术等方面进行突破性的研究发展，并研制和加大力度开 发对老年疾病的治，研发能够产生有效作用的新型制剂和特效药 物.
表达载体设计 目标基因的定位克隆
酶切反应
连接反应
转化
筛选与鉴定
工程菌构建流程
动物细胞表达系统
优点 缺点
优点

一是哺乳动物细胞能够表达人或哺乳动物的蛋白 质

二是哺乳动物细胞可对表达的蛋白质进行正确折 叠、组装和糖基化等加工,生产有生物活性的产 品
用转基因动物细胞生产药物成本昂贵。