18医药基因工程
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我国于１９９３年批准了第一个基因工程药物重 组人干扰素a－１b的生产，标志着我国基因工程 药物生产实现了零的突破。我国药品市场上基因 工程药品主要有基因工程乙肝疫苗，重组干扰素， 重组人红细胞生成素等２２种自主开发的基因工 程药物。
第一节 基因工程药 物的开发状况
一.基因工程药物的分类
１.按照结构组成不同分类： 蛋白多肽类药物，基因工程疫苗和核酸类 药物三类。
基因工程药物的开发关键在于探知什么蛋白或多肽、或 核酸可以成为药物，已经通过什么样的方式制备药物或通 过什么样的方式使用药物。
三.基因工程药物的产业化状况
第一个基因工程药物－－基因工程人胰岛素的问 世期间经历了不到十年。
至１９７６年第一个以基因工程制药为对象的美 国Ｇenentech公司成立以来，有药物进入临床实 验的生物技术公司已有约５００个。
２.按照作用方式分类： 基因水平作用药物，转录水平作用药物和 蛋白质水平作用药物。
３.按照药物作用机理分类： 其一：蛋白或多肽药物，通过蛋白自身的生理生 化特性而抵抗疾病
其二：基因工程疫苗，基因工程抗体和ＤＮＡ疫 苗，基于抗原抗体反应的原理而抵抗疾病
其三：反义核酸，核酶和ＲＮＡi，基于中断基因 表达而抵抗疾病。
二.基因工程人红细胞生成素
１.人红细胞生成素的组成和生物活性
成熟的人红细胞生成素（ＥＰＯ）是一种由１６５个氨 基酸组成的糖蛋白，多肽结构中由４个半胱氨酸形成２条 二硫键，相对分子质量为３４×１０３
ＥＰＯ又称促红细胞生成素或红细胞生产刺激因子，是 一类造血生长因子，刺激和调节哺乳动物红细胞的生成， 维持外周血红细胞处于正常水平。
二.基因工程药物的发展
１.反应器的变迁 根据反应器的不同可将蛋白多肽类基因工程药物的发展
分为三个阶段：
a.早期大多数蛋白多肽类基因工程药物通过细菌和酵母 等微生物来表达。
b.后来发展了真核生物细胞表达系统，利用离体培养的 昆虫细胞和脊椎动物（如哺乳动物和鸟类）细胞表达蛋白 多肽类药物。
c.近年来发展的动植物生物反应器为基因工程药物的开 发带来美好的前途。
１.胰岛素与糖尿病
胰岛素（insulin）是一种激素，能够调节糖代谢， 促进葡萄糖转变为糖原并储存于肌肉和肝内。
当人体胰腺的Ｂ－细胞不能产生足量的胰岛素 时，就会导致人体内的葡萄糖浓度增高，并伴随 因胰岛素分泌或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白 质代谢紊乱，即糖尿病。而对于胰岛功能完全消 失的Ⅰ型糖尿病患者，不注射胰岛素就无法维持 生命。
在２００２年，超过８０种基因工程药物获准在 美国和欧盟使用，７５０中正在进行临床实验， 市场份额超过１５０亿美元。
我国共有２２种基因工程药物和疫苗，其中４种 为具有自主知识产权的”一类“新药，进入临床 研究的大约有１５０种，销售收入超过３亿人民 币。
表
第二节 基因工程蛋白 和多肽药物
一.基因工程胰岛素
２.从基因工程到蛋白质工程 随着技术的进步，人们通过蛋白质工程可获得修改了氨
基酸序列的蛋白质或多肽。通过定点突变、功能域的交换、 分子进化等手段，已经开发了一些活性提高、适应性改善 和专一性增强的蛋白药物。
３.从蛋白药物到核酸药物 传统药物是通过增加某些人体内源性的有益蛋白多肽或
者破坏致病蛋白本身来治疗疾病；而核酸类基因工程药物 则是提供产生蛋白的基因，通过破坏或者扩大基因的功能 来克服疾病。
肾是产生ＥＰＯ的主要器官，目前只有应用基因工程技 术生产ＥＰＯ才能满足患者的需求。
２.重组红细胞生成素的生产
人类ＥＰＯ位于第７号染色体长２２区，１９８５年克隆 到其cＤＮＡ。由于糖基化的问题，目前只利用脊椎动物 表达系统来生产人红细胞生成素，其糖基化特性与人体中 自然产生的糖基化特性最相近。
方法：通过将编码人红细胞生成素的基因装入哺乳动物细 胞表达载体，转染二氢叶酸还原酶缺陷的ＣＨＯ细胞（Ｃ ＨＯ－dhfrˉ）株，并进一步筛选获得高产人红细胞百度文库成素 的ＣＨＯ。经过一系列细胞培养和蛋白质纯化等工艺制备 过程，产生有生物学活性的重组人ＥＰＯ。
３.基因工程胰岛素的生产方式
主要有两种生产方式： a.利用大肠杆菌为受体，分别表达胰岛素Ａ链和Ｂ链，再 分别提取和纯化产生的Ａ链和Ｂ链，最后利用化学方法使 两条链之间形成二硫键，从而得到胰岛素。
b.以酵母为受体分泌表达人胰岛素。在胰岛素编码基因前 段增加一个信号肽编码序列，这个信号肽引导合成的胰岛 素从细胞内分泌到周围的培养基中，从而简化了胰岛素的 纯化过程，最后通过酶学反应使之变成人胰岛素。
基因工程药物生产的过程与其他基因工程产品的 基本原理是相通的，基本过程都包括了载体构建， 工程菌或细胞培养，目的产物的分离纯化与鉴定 等。
从１９８２年最早的基因工程药物－－胰岛素上 市到２００４年底，已经有１００多种基因工程 药物通过审查并上市，另外还有３００多种基因 工程药物进入二期及三期临床实验，涉及治疗１ ５０多种疾病。
现在上市的红细胞生成素主流产品都是通过基因重组技术， 利用中国仓鼠卵巢细胞（Ｃhinese hamster ovary，Ｃ ＨＯ）生产的。
三.基因工程干扰素
１.干扰素的结构组成、生物活性和临床应用 干扰素（interferon，ＩＦＮ）是一种具有广谱抗病毒、
第十七章 医药基因工程
自１９７２年ＤＮＡ重组技术诞生以来，基因工 程技术得到飞速发展，并在医疗领域中展露出独 特的优越性。基因工程药物就是利用基因工程技 术生产的药物。
基因工程药物是将药物蛋白或多肽的编码基因通 过特定的受体细胞中，通过受体生物或者细胞表 达出药物蛋白或多肽，最后将其纯化并制成药剂 的过程。
２.胰岛素的结构
胰岛素是一种由两条多肽链（Ａ链和Ｂ链）组成 的蛋白质。Ａ链含有２１个氨基酸，Ｂ链含有３ ０个氨基酸，链间通过二硫键结合。
胰岛素在人体内合成的过程中首先合成前胰岛素 原（preproinsulin），包括信号肽序列、Ａ链、 Ｂ链和连接序列４个部分。
胰岛素是经过去掉信号肽序列后形成胰岛素原， 去掉连接序列后剩下的Ａ链和Ｂ链通过二硫键结 合，形成了胰岛素。（图１８—１）
第一节 基因工程药 物的开发状况
一.基因工程药物的分类
１.按照结构组成不同分类： 蛋白多肽类药物，基因工程疫苗和核酸类 药物三类。
基因工程药物的开发关键在于探知什么蛋白或多肽、或 核酸可以成为药物，已经通过什么样的方式制备药物或通 过什么样的方式使用药物。
三.基因工程药物的产业化状况
第一个基因工程药物－－基因工程人胰岛素的问 世期间经历了不到十年。
至１９７６年第一个以基因工程制药为对象的美 国Ｇenentech公司成立以来，有药物进入临床实 验的生物技术公司已有约５００个。
２.按照作用方式分类： 基因水平作用药物，转录水平作用药物和 蛋白质水平作用药物。
３.按照药物作用机理分类： 其一：蛋白或多肽药物，通过蛋白自身的生理生 化特性而抵抗疾病
其二：基因工程疫苗，基因工程抗体和ＤＮＡ疫 苗，基于抗原抗体反应的原理而抵抗疾病
其三：反义核酸，核酶和ＲＮＡi，基于中断基因 表达而抵抗疾病。
二.基因工程人红细胞生成素
１.人红细胞生成素的组成和生物活性
成熟的人红细胞生成素（ＥＰＯ）是一种由１６５个氨 基酸组成的糖蛋白，多肽结构中由４个半胱氨酸形成２条 二硫键，相对分子质量为３４×１０３
ＥＰＯ又称促红细胞生成素或红细胞生产刺激因子，是 一类造血生长因子，刺激和调节哺乳动物红细胞的生成， 维持外周血红细胞处于正常水平。
二.基因工程药物的发展
１.反应器的变迁 根据反应器的不同可将蛋白多肽类基因工程药物的发展
分为三个阶段：
a.早期大多数蛋白多肽类基因工程药物通过细菌和酵母 等微生物来表达。
b.后来发展了真核生物细胞表达系统，利用离体培养的 昆虫细胞和脊椎动物（如哺乳动物和鸟类）细胞表达蛋白 多肽类药物。
c.近年来发展的动植物生物反应器为基因工程药物的开 发带来美好的前途。
１.胰岛素与糖尿病
胰岛素（insulin）是一种激素，能够调节糖代谢， 促进葡萄糖转变为糖原并储存于肌肉和肝内。
当人体胰腺的Ｂ－细胞不能产生足量的胰岛素 时，就会导致人体内的葡萄糖浓度增高，并伴随 因胰岛素分泌或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白 质代谢紊乱，即糖尿病。而对于胰岛功能完全消 失的Ⅰ型糖尿病患者，不注射胰岛素就无法维持 生命。
在２００２年，超过８０种基因工程药物获准在 美国和欧盟使用，７５０中正在进行临床实验， 市场份额超过１５０亿美元。
我国共有２２种基因工程药物和疫苗，其中４种 为具有自主知识产权的”一类“新药，进入临床 研究的大约有１５０种，销售收入超过３亿人民 币。
表
第二节 基因工程蛋白 和多肽药物
一.基因工程胰岛素
２.从基因工程到蛋白质工程 随着技术的进步，人们通过蛋白质工程可获得修改了氨
基酸序列的蛋白质或多肽。通过定点突变、功能域的交换、 分子进化等手段，已经开发了一些活性提高、适应性改善 和专一性增强的蛋白药物。
３.从蛋白药物到核酸药物 传统药物是通过增加某些人体内源性的有益蛋白多肽或
者破坏致病蛋白本身来治疗疾病；而核酸类基因工程药物 则是提供产生蛋白的基因，通过破坏或者扩大基因的功能 来克服疾病。
肾是产生ＥＰＯ的主要器官，目前只有应用基因工程技 术生产ＥＰＯ才能满足患者的需求。
２.重组红细胞生成素的生产
人类ＥＰＯ位于第７号染色体长２２区，１９８５年克隆 到其cＤＮＡ。由于糖基化的问题，目前只利用脊椎动物 表达系统来生产人红细胞生成素，其糖基化特性与人体中 自然产生的糖基化特性最相近。
方法：通过将编码人红细胞生成素的基因装入哺乳动物细 胞表达载体，转染二氢叶酸还原酶缺陷的ＣＨＯ细胞（Ｃ ＨＯ－dhfrˉ）株，并进一步筛选获得高产人红细胞百度文库成素 的ＣＨＯ。经过一系列细胞培养和蛋白质纯化等工艺制备 过程，产生有生物学活性的重组人ＥＰＯ。
３.基因工程胰岛素的生产方式
主要有两种生产方式： a.利用大肠杆菌为受体，分别表达胰岛素Ａ链和Ｂ链，再 分别提取和纯化产生的Ａ链和Ｂ链，最后利用化学方法使 两条链之间形成二硫键，从而得到胰岛素。
b.以酵母为受体分泌表达人胰岛素。在胰岛素编码基因前 段增加一个信号肽编码序列，这个信号肽引导合成的胰岛 素从细胞内分泌到周围的培养基中，从而简化了胰岛素的 纯化过程，最后通过酶学反应使之变成人胰岛素。
基因工程药物生产的过程与其他基因工程产品的 基本原理是相通的，基本过程都包括了载体构建， 工程菌或细胞培养，目的产物的分离纯化与鉴定 等。
从１９８２年最早的基因工程药物－－胰岛素上 市到２００４年底，已经有１００多种基因工程 药物通过审查并上市，另外还有３００多种基因 工程药物进入二期及三期临床实验，涉及治疗１ ５０多种疾病。
现在上市的红细胞生成素主流产品都是通过基因重组技术， 利用中国仓鼠卵巢细胞（Ｃhinese hamster ovary，Ｃ ＨＯ）生产的。
三.基因工程干扰素
１.干扰素的结构组成、生物活性和临床应用 干扰素（interferon，ＩＦＮ）是一种具有广谱抗病毒、
第十七章 医药基因工程
自１９７２年ＤＮＡ重组技术诞生以来，基因工 程技术得到飞速发展，并在医疗领域中展露出独 特的优越性。基因工程药物就是利用基因工程技 术生产的药物。
基因工程药物是将药物蛋白或多肽的编码基因通 过特定的受体细胞中，通过受体生物或者细胞表 达出药物蛋白或多肽，最后将其纯化并制成药剂 的过程。
２.胰岛素的结构
胰岛素是一种由两条多肽链（Ａ链和Ｂ链）组成 的蛋白质。Ａ链含有２１个氨基酸，Ｂ链含有３ ０个氨基酸，链间通过二硫键结合。
胰岛素在人体内合成的过程中首先合成前胰岛素 原（preproinsulin），包括信号肽序列、Ａ链、 Ｂ链和连接序列４个部分。
胰岛素是经过去掉信号肽序列后形成胰岛素原， 去掉连接序列后剩下的Ａ链和Ｂ链通过二硫键结 合，形成了胰岛素。（图１８—１）