生物大分子药物研究前沿

（二）生物药物的生产
➢ 高效表达系统 ➢ 生产工艺质量控制
生物制药的生产—表达系统
原核表达 表达系统
真核表达
大肠杆菌 枯草杆菌 青枯病产碱杆菌 假单胞菌 NPro自身蛋白酶融合技术，NAFT(山德士公 司，新微生物表达系统)
酵母 丝状真菌 昆虫/杆状病毒表达系统 植物 哺乳动物细胞表达系统 转基因动物生物反应器
年销售额 40 亿美元的基因工程药物
至2010年底，FDA 共批准250种生物技术药物上市 2007年销售额超过40亿美元的药物有16种，基因工程药物占据7种： 1. 治疗非霍奇金淋巴瘤的 anti-CD20 抗体 Rituxan 2. 治疗乳腺癌的anti-EGFR II 抗体 Herceptin 3. 治疗肿瘤放化疗后出现的白细胞减少的 G-CSF 4. 治疗肺癌、乳腺癌和结直肠癌的 anti-VEGF 抗体 Avastin 5. 治疗类风湿关节炎的 anti-TNFα抗体Enbrel、Remicade
Expresssion systems and transformed hosts
Number
hamster, Chinese ovary (CHO)仓鼠
50
Mammalian cells, nonprimate
murine myeloma cells鼠科骨瘤
11
murine cells other
数量
FDA批FD准A批准的的生生物技物术药药物表物达系统表达系统
90
80
70
66
60
50
40
30
20
10
0
bacteria
81, 49%
81
19
yeast
mammal
66, 40%
bacteria yeast mammal
细菌 酵母 哺乳动物
19, 11%
原核表达系统
大肠杆菌 E.coli —安全、经典的标准化表达系统
近三年主要生物技术药物销售额
销售额（$,billion)
35
33
30
27
25
25
20 20
19
18
2006 2007 2008
15 10
5
15
1211.8 9.5
13.5 10.6
12.5 11 9
6.77.6 8
6.57.4 8
0
Monoclonal Antibodies
Vaccines Erythropoietin TNF Blockers
➢ 成本低廉、工艺成熟、表达量高 ➢ 简单蛋白质药物生产不可或缺的表达系统 ➢ 2000年后，在欧美新药的研究中比例减少 ➢ 2005年至今美国FDA批准的重组蛋白质药物都是真核表达
缺点：
1. 容易形成包涵体（寄主细胞内形成一种蛋白质性质的病变结构），须 变复性处理，易造成活性下降或丧失；
2. 提取时需破碎细胞，往往会造成核酸、热原、内毒素或脂多糖的释放； 3. 不存在翻译后修饰作用，蛋白质产物不能糖基化； 4. 目的蛋白质的N端常多余一个甲硫氨酸残基，容易引起免疫反应
生物大分子药物及其现状
➢ 生物药物：肽、蛋白质、抗体、核酸（基因）、疫苗、 糖治疗剂、基于细胞或组织的治疗剂
➢ 已批准的生物药物: 超过250个，包括重组蛋白质、血 液产品、单克隆抗体和重组疫苗
➢ 药物应用最多的为重组蛋白质和抗体 ➢ 主要用于治疗癌症、艾滋病、冠心病、糖尿病和一些罕
见的遗传疾病等。
生物大分子药物 研究开发前沿
内容
第一部分：生物大分子药物 及其研发现状
第二部分：生物大分子药物 传递系统研究进展
第五讲 复习思考题
• 生物技术药物的研发关键环节有哪些？ • 生物技术药物的翻译后修饰方法有哪几种？ • 蛋白质、多肽药物载体型传递系统有哪些？ • 疫苗载体型传递系统有哪些？
第一部分：生物大分子药物 及其研发现状
真核表达系统--酵母
酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae ——应用最多
限制：糖基化修饰中糖链结构和组成与天然糖蛋白相差甚远， 不适用糖链极大影响生物活性的蛋白质(EPO、治疗性抗体等)
哺乳动物细胞表达系统
➢ 具有准确的转录后修饰功能，表达的蛋白在分子结构、理化特性 和生物学功能方面最接近于天然蛋白分子；
（一）药物设计--药物靶点研究
➢ 探讨致病分子机理，寻找合适的药物治疗新靶点 ➢ 单个靶点的多种生物学功能及精细调控 ➢ 单个靶点的多种存在形式:亚型 ➢ 个体化治疗，针对特异人群的靶向诊断试剂和治疗药物 ➢ 多个信号途径的相互作用：网络病理学 ➢ 从老药中寻找治疗疾病的新靶点：不明确靶点的老药有17% ➢ 发现老药的新型治疗用途
Insulin
Interferon
Hormones
生物制药发展迅速
1982-2008年美国FDA批准的新生物产品
http://www.biopharma.com/approvals1.html
2008年美国处于临床试验的生物技术药物
按产品类型分类
按适应症分类
一、生物技术药物的研发过程及关键环节
各种天然存在的治疗蛋白质
突变技术 融合蛋白质表达
定向进化 基因渗入 基因敲除
E. coli等微生物表达 药效更强的蛋白质工程产品
活性提高 稳定性增加 半衰期增加 免疫原性减少
多种表达体系开发应用
真核哺乳动物细胞为主
重组生物药物的研发过程
➢ 药物的设计——药物的靶点及药物设计 ➢ 药物的生产——表达体系和质量控制 ➢ 药物的评估——药效和毒副作用
➢ 具有重组基因的高效扩增和表达能力，外源蛋白整合稳定； ➢ 具有产物胞外分泌功能，便于下游产物分离纯化； ➢ 能以悬浮培养方式或在无血清培养基中达到高密度培养，可以大
规模生产
美国FDA倾向在21世纪都采用真核表达系统生产蛋白质药物
欧美生物制药哺乳动物细胞表达产品
[Ronald A. Rader. Expression Systems for Process and Product Improvement. BioProcess International JUNE 2008]
1
Mammalian cells, primate灵长类
monkey cells, diploid, kidney,or fetal lung 4
human cells, transformed with EpsteinBarr virus transformed
1
wk.baidu.comHuman cells
human cells, gene activation by TKT2 2 human kidney cells, embryonic胚胎样 1