转基因药物研究简介

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(收稿:2001-09-24)

转基因药物研究简介

宋愿智1,胡笑歌2,党昶永3(1.陕西省药品检验所,陕西西安710061;2.西安千禾药业有限责任公司,陕西西安710075;3.陕西生物制品研究所,陕西汉中723000)

中图分类号:R392 文献标识码:A

文章编号:1004-2407(2002)03-0141-03

1　转基因动物与植物

1976年,Jaenisch利用反转录病毒感染胚胎方法进行转基因。1980年,Gor don首次利用原核注射方法开展动物转基因研究。1982年,Palmiter将大鼠生长激素基因注射到小鼠的原核中获得了体形明显大于正常小鼠的“超级鼠”〔1〕。1984年魏格纳等报道,将兔DNA片段(基因)注射到鼠受精卵中,再将注射过的鼠受精卵移植到假孕母鼠子宫内,结果生出的某些小鼠全部组织均含有兔的某一基因。这种带有外来基因的动物就是转基因动物。转基因动物可以按孟德尔遗传规律将外来基因遗传给后代,并且外源基因可在转基因鼠中发挥正常功能。1987年,美国和英国科学家又创立了激活转基因鼠乳腺中的外源基因的方法。诱导小鼠产生的外源蛋白分子,成功地在小鼠乳汁产生了人组织纤酶原活化因子(T PA)和绵羊B-乳球蛋白,而且这种技术推广到产乳动物(绵羊、山羊、牛、猪等)也获得了成功。

细菌基因工程不但需要很大的车间发酵,而且不少人类或哺乳动物基因在细菌等原核生物中还难以表达,或者表达的目的基因往往没有生物活性。细胞工程药物也需要昂贵的设备条件。转基因技术的问世,为利用新的基因工程手段获得低成本、高活性的基因药物开辟了一条新的途径。

转基因动物和转基因植物是应用基因显微注射技术,将目的基因通过适当的载体,导入动物的受精卵或植物的体细胞,再将重组细胞培养成生物个体。它可以在体内自然状态下,表达生产出复杂的天然蛋白质,其生物活性与天然蛋白质完全相同。转基因药物可从转基因动物和植物两个途径获得〔2〕。

2　转基因技术特点

转基因动植物产品除具备生化药物针对性强、毒性低、疗效好的共性外,还具有以下特点。

2.1　成本低　在美国,用纯化的凝血因子Ⅷ治疗一名血友病患者,每年最少也需1万美元,如经常用药则年花费将超过10万美元。采用转基因牛生产,1g 蛋白成本只需0.02～0.5美元。转基因牛不但可产生大量制品,其下一代亦可产生更多制品。

2.2　周期短　研制一种新药,过去需要20～30年时间,现在也需10～15年。若用转基因动物生产药物,其周期就缩短了许多。例如转基因羊,从目的基因的受精卵显微注射,到转基因动物的出生、成熟、泌乳,理论上是18周。转基因牛也只需2～3年。

2.3　效益高　荷兰金发马(Gen Pharm)公司用牛生产的乳铁蛋白,预计每年销售额是50亿美元。芬兰一公司,将促红细胞生成素基因(EPO)转移到牛,在牛奶中表达了这种(EPO)基因。经计算这头牛所产乳中含EPO的价值达42亿美元,这是其它生产技术无法达到的。

2.4　安全可靠　近年来对献血者进行了严格的筛选,病毒灭活技术也得到了广泛的使用,但人血制品仍可能存在某种危险。加之艾滋病毒(HIV)感染的日益严重和丙型肝炎病毒(HCV)的威胁,科学家正在寻找替代血源。近年疯牛病接连发生,欧美等国已开始限制血源制品的应用。用健康转基因动物生产的血液制品就不存在类似问题〔3〕。

3　转基因药物研究现状

近年来,全球生物技术药物的产值以每年12%以上速度递增,预计今年将达到240亿美元以上〔4〕。1995年底美国制药经商协会(PM H)调查表明,245种生物药物进行临床试验,其中10种FDA待批,45种进行Ⅲ期临床,65种进行Ⅱ期临床,125种处于Ⅰ期临床阶段,预计今年将有100种基因工程药物上市。目前,全世界约有1000多种生物技术药物正在进行临床试验,700多种生物技术诊断试剂正用于临床实践〔3〕。这些研制的基因工程药物中包含不少转基因药物,如纤维蛋白原、A1-抗蛋白酶、蛋白C、抗体BR96、抗凝血酶Ⅲ等,都已达到每升奶中克量级的表达水平。Genzym e Transg enics公司的重组人体抗凝血酶Ⅲ(rhA TⅢ)(Ⅰ)是第一个成功地完成Ⅲ期试验的转基因产品〔5〕。美国德克萨斯州大学的科学人员已将乙肝病毒蛋白的基因转移到土豆的DNA中,获得含有乙肝疫苗的药用土豆。墨西哥科学家通过培植转基因植物,研制出一些新型口服疫苗,对肠胃病、乙肝、霍乱和疟疾等疾病有预防作用。此外,一些国家的科学家还用转基因藻类研制超氧化物歧化酶(SOD)、金属硫蛋白(M T-1)、肿瘤坏死因子(TNF-A)等〔6,7〕。最近人类基因组草图的绘制完成将对21世纪制药业产生巨大的影响,特别对生物制药产业的发展将起极大的推进作用。

我国生物技术制药起步较晚,转基因药物研究工作也取得了可喜的进步,曾溢滔和黄淑帧的课题组已成功地培育出我国第一头乳汁中含有药物蛋白的转基因羊,为我国转基因羊繁育批量化、产业化奠定了基础。另外,茹炳根教授等在转基因藻类研究方面也开展了大量工作[8～10]。

4　发展前景

21世纪是生物技术的世纪,转基因技术用于构造转基因植物和动物已逐渐步入产业化阶段。转基因动、植物将成为未来制药工业的一个重要领域。用此技术可以生产制造大量稀有蛋白类药物。如凝血因子、C蛋白、组织纤溶酶原活化因子(T PA)等只存在于健康人血中,而且含量很低,难以大量获得。A-1抗胰蛋白酶导致的遗传病(在北美洲较常见)病人以前只能依赖于替代疗法。转基因动物可生产上述产品。

转基因技术可以用于新药的研究和筛选,特别是转基因动物。国外已经培育出较多的转基因动物用于药物筛选研究,并已在抗肿瘤、抗艾滋病病毒、抗肝炎病毒、肾脏疾病等的筛选中取得了突破性进展〔11～13〕。它可以真实体现目的基因的活动特征,能将分子、细胞和整体水平的研究有机地联系起来,可在不破坏活体原有系统的前提下,对一个或多个因素进行研究,使问题简化。利用转基因动物可建立敏感动物系以及人类相同疾病动物模型用于药物筛选,避免了传统的动物模型与人类相似的疾病致病原因、机理不尽相同的缺点,试验次数少,试验时间大大缩短,结果准确、经济。

转基因技术的出现引起了制药工业(特别是生物医药)的一场革命。凝血因子Ⅷ是从人血中提取的,全美国的病人一年约需120g,需要120万升血浆。以每人献血200m L计,需要600万人次献血。若用转基因牛来生产,一头牛每年产奶1万升。如果每升乳汁中可产10m g凝血因子Ⅷ,那么只需1.2头牛即可。Genzym e T ransg enics公司用转基因山羊生产的单克隆抗体表达已达4g・L-1,比细胞培养产量大10～100倍,10只羊便可取代一个大工厂,且无污染和环保问题。但不是所有的药物都可以用此方法开发和生产,而且技术上还存在不少问题〔14〕,有待于今后研究解决。

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