生物技術(shù)藥物在基因表達(dá)中的應(yīng)用

半個(gè)多世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)知識(shí)體系更加豐富，科學(xué)知識(shí)領(lǐng)域的新概念和進(jìn)展涌現(xiàn)出來。以基因克隆、DNA重組為代表的分子生物學(xué)及生物技術(shù)體系逐步完善;基因組、蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等各種“組學(xué)”(-omics)的海量數(shù)據(jù)庫(kù)及生物信息學(xué)的廣泛運(yùn)用;分子醫(yī)學(xué)進(jìn)步帶來的對(duì)疾病病因、病理及發(fā)病機(jī)制認(rèn)識(shí)的逐步深入;藥物遺傳學(xué)、藥物基因組學(xué)發(fā)展帶來的基于靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)及個(gè)體化治療方案的出現(xiàn);蛋白質(zhì)藥物,特別是重組蛋白、工程化抗體等為代表的生物技術(shù)藥物取得的良好療效及巨大的經(jīng)濟(jì)效益;Amgen、Genentech為首的生物制藥公司的年銷售額迅速超過百億美元,進(jìn)入全球制藥20強(qiáng)等等,這些都標(biāo)志著生物制藥的黃金時(shí)代已經(jīng)到來。在未來一段時(shí)間內(nèi),除了一批老牌生物技術(shù)藥物的改進(jìn)型,新適應(yīng)證、新劑型等也將大有可為。越來越多的大分子量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的功能蛋白將被開發(fā)成生物技術(shù)藥物;用哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系表達(dá)的產(chǎn)品將占主導(dǎo)地位;治療性抗體將成為生物制藥領(lǐng)域的第二次創(chuàng)新高潮;為改善藥物性能,重組改構(gòu)、融合蛋白化、體外化學(xué)修飾等將受到越來越多的關(guān)注;生物仿制藥將規(guī)范化和規(guī)模化發(fā)展;基因治療、細(xì)胞治療和組織工程產(chǎn)品將面臨重大突破和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的雙重境遇?？梢灶A(yù)測(cè),經(jīng)過50年的積累,生物醫(yī)藥必將厚積薄發(fā),在未來50年取得更加令人矚目的突破,而蛋白質(zhì)藥物將成為其中最耀眼的明星。1蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展蛋白質(zhì)是基因功能的執(zhí)行體,蛋白-蛋白相互作用是機(jī)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。當(dāng)體內(nèi)行使特定功能的任何蛋白發(fā)生突變或異常時(shí),或當(dāng)機(jī)體某種蛋白質(zhì)濃度過高或過低時(shí),都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)疾病的發(fā)生。這意味著利用蛋白質(zhì)治療或緩解疾病具有巨大的機(jī)會(huì)和潛力。從理論上說,蛋白質(zhì)藥物幾乎可勝任所有發(fā)病機(jī)制清楚、病理學(xué)靶點(diǎn)明確的疾病的治療。廣義的蛋白質(zhì)藥物包括所有化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)或多肽的產(chǎn)品,如激素、生長(zhǎng)因子/細(xì)胞因子、蛋白酶、受體分子、單克隆抗體及抗體相關(guān)分子、部分蛋白或多肽疫苗等等,其中各種利用蛋白質(zhì)(如抗體)作為載體的藥物復(fù)合體也涵蓋其中。與小分子化合物藥物(新化學(xué)實(shí)體,newchemicalentities,NCE)相比,代表生物大分子藥物(新分子實(shí)體,newmolecularentities,NME;也稱新生物實(shí)體,newbiologicalentities,NBE)的蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)科學(xué)到實(shí)驗(yàn)科學(xué)的曲折發(fā)展過程,其發(fā)展成熟依賴于近30年對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)的不斷積累,以及高純度、大批量蛋白質(zhì)產(chǎn)物生產(chǎn)、分離、純化技術(shù)的逐步提高。較早的蛋白質(zhì)治療產(chǎn)品主要來源于包括人或某些特定動(dòng)物的血漿、體液或組織,代表性產(chǎn)品主要包括以下幾類。1.1免疫血清療法1890年,德國(guó)學(xué)者Behring和日本學(xué)者北里在應(yīng)用白喉外毒素免疫動(dòng)物時(shí),發(fā)現(xiàn)其血清中有一種能中和細(xì)菌外毒素的物質(zhì),稱為抗毒素。因免疫血清(亦稱抗血清)可轉(zhuǎn)移給其他正常動(dòng)物使之具有中和外毒素的能力,抗血清被動(dòng)免疫療法很快被應(yīng)用于臨床治療。1891年Behring應(yīng)用來自動(dòng)物的免疫血清成功地治療了1例白喉患者,這是第1個(gè)被動(dòng)免疫治療的病例,為此他于1902年獲得了首屆諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。隨后,該療法被用于多種細(xì)菌、病毒感染以及某些特定中毒的治療,常見的免疫血清包括抗毒素、抗菌血清、抗病毒血清、抗Rh血清以及特定的中和血清(如針對(duì)毒蛇咬傷、有機(jī)磷中毒、強(qiáng)心甙等藥物中毒等)等等。經(jīng)過一百多年的發(fā)展,除某些特殊疾病外,動(dòng)物來源的免疫血清藥物已經(jīng)逐步被單克隆抗體,特別是工程化抗體所取代,并且抗體藥物在免疫血清療法治療原理的基礎(chǔ)上,已廣泛擴(kuò)展到感染、中毒以外更多疾病領(lǐng)域,如腫瘤、自身免疫性疾病、器官移植排斥反應(yīng)等等。近10年來,全球抗體藥物市場(chǎng)呈現(xiàn)出高速發(fā)展態(tài)勢(shì),其市場(chǎng)銷售額在2000年僅為21億美元,2004年即超過100億美元,2008年達(dá)340億美元。在2007銷售前10名生物藥中有6種為抗體類生物藥,其平均年銷售成長(zhǎng)率為41%,2008年全球醫(yī)藥產(chǎn)品前15名中,Enbrel(57.03億美元)、Remicade(49.35億美元)、Humira(40.75億美元)、Avastin(40.16億美元)分列第5、8、14和15位。目前已有Enbrel、Remicade、Rituxan、Humira、Avastin、Herceptin、Lucentis、Erbitux、Synagis等9種抗體類生物藥年銷售額超過10億美元,全球抗體類生物藥銷售額占所有生物藥銷售額的40%,抗體類生物藥已成為生物藥中銷售額最高、市場(chǎng)成長(zhǎng)率最快的生物藥產(chǎn)品。1.2動(dòng)物胰島素的免疫反應(yīng)1922年,Banting和Best首次由牛和豬的胰臟中分離、純化獲得胰島素,從此胰島素正式應(yīng)用于臨床糖尿病的治療。動(dòng)物胰島素曾在糖尿病治療中發(fā)揮重要作用,但至少有三方面因素阻礙了動(dòng)物胰島素的應(yīng)用:第一,由于生物種屬的不同,動(dòng)物胰島素與人體內(nèi)自然產(chǎn)生的人胰島素在氨基酸結(jié)構(gòu)上存在差異,部分患者可能產(chǎn)生抗胰島素抗體,這樣就需要更多劑量的胰島素以控制其血糖水平,另外抗體與胰島素結(jié)合的時(shí)間和數(shù)量亦無法預(yù)料,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致明顯的血糖波動(dòng);第二,用于胰島素純化的動(dòng)物胰腺來源、動(dòng)物源病毒感染以及質(zhì)量控制問題;第三,一些患者對(duì)動(dòng)物胰島素的免疫反應(yīng)。1982年美國(guó)FDA批準(zhǔn)基因工程人胰島素上市,其作為第1個(gè)重組蛋白質(zhì)藥物載入史冊(cè)。胰島素藥物應(yīng)用于臨床迄今已有80多年,從早期的動(dòng)物胰島素到現(xiàn)在的重組人胰島素和胰島素類似物,不僅推動(dòng)了內(nèi)分泌代謝病學(xué)乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)的發(fā)展,也帶動(dòng)了多肽類激素藥物以及酶類蛋白質(zhì)藥物的快速發(fā)展,如人生長(zhǎng)激素治療生長(zhǎng)激素缺乏導(dǎo)致的發(fā)育障礙、人甲狀旁腺素治療嚴(yán)重骨質(zhì)疏松癥等等。目前應(yīng)用于臨床的胰島素產(chǎn)品除常規(guī)重組人胰島素外,還有3種速效胰島素類似物和2種長(zhǎng)效胰島素類似物,上市后都發(fā)展成為“重磅炸彈”,據(jù)WHO公布的《2007—2011年世界糖尿病及降糖藥物市場(chǎng)預(yù)測(cè)》披露:按14.09%的年平均增長(zhǎng)率計(jì)算,全球胰島素市場(chǎng)將從2005年的75億美元上升為2012年的150億美元。而1985年上市的重組人生長(zhǎng)激素Nutropin/Protropin在2005年的銷售總額約為13億美元。1.3免疫蛋白質(zhì)制品的特性人血漿中包含眾多結(jié)構(gòu)及功能均不相同的蛋白質(zhì),如白蛋白、球蛋白與纖維蛋白原等,在形成膠體滲透壓、調(diào)節(jié)血管內(nèi)外水分分布、參與機(jī)體免疫應(yīng)答、參與凝血和抗凝血功能等各種生理或病理過程中均發(fā)揮著重要作用。伴隨輸血治療的發(fā)展,人們較早就認(rèn)識(shí)到輸入血漿成分對(duì)很多疾病具有治療作用,從此嘗試從血漿中分離純化目標(biāo)蛋白,并至少在三個(gè)層面上取得了較大進(jìn)展:(1)丙種球蛋白(γ-球蛋白):免疫球蛋白具有抗體活性,人血漿內(nèi)的免疫球蛋白大多數(shù)存在于丙種球蛋白中。作為一種被動(dòng)免疫療法,注射免疫球蛋白可把大量抗體輸給受者,使之從低或無免疫狀態(tài)很快達(dá)到暫時(shí)免疫保護(hù)狀態(tài)。由于抗體與抗原相互作用可直接中和毒素與殺死細(xì)菌或病毒,因此免疫球蛋白制品對(duì)預(yù)防細(xì)菌、病毒性感染具有一定的作用。特異性人免疫球蛋白是用疫苗或毒素免疫人體使其血漿中產(chǎn)生高效價(jià)特異性抗體,經(jīng)分離純化獲得的人IgG類抗體,如針對(duì)乙型肝炎、狂犬病、破傷風(fēng)等疾病的人免疫球蛋白等;(2)血漿白蛋白:血液中80%的滲透壓由白蛋白所承擔(dān),白蛋白缺乏可導(dǎo)致水腫;血漿白蛋白又是一個(gè)很重要的蛋白質(zhì)儲(chǔ)備庫(kù),在機(jī)體需要時(shí)可分解成氨基酸以供組織合成其他各種蛋白質(zhì),可有助于緩解肝、腎疾患以及燒傷造成的低蛋白血癥;(3)血漿凝血因子:參與凝血和抗凝血功能的絕大多數(shù)血漿凝血因子、生理性抗凝物質(zhì)以及促進(jìn)血纖維溶解物質(zhì)都是血漿蛋白,如VIII因子的適應(yīng)證是血友病A、IX因子的適應(yīng)證是血友病B等。由于取材相對(duì)較為方便,技術(shù)門檻又不高,早期血漿蛋白產(chǎn)品全部提取自人血漿,但因獻(xiàn)血來源把關(guān)不嚴(yán)容易造成血源污染,導(dǎo)致健康人感染HIV、HBV等的報(bào)告時(shí)有發(fā)生,這就促使人們利用新技術(shù)、新工藝,特別是重組DNA技術(shù)生產(chǎn)此類產(chǎn)品。但截至目前為止,除幾個(gè)凝血因子的基因工程產(chǎn)品上市以外,因生產(chǎn)工藝、制造成本、產(chǎn)品質(zhì)控等制約,白蛋白、普通免疫球蛋白等大宗產(chǎn)品仍然來源于人血漿,但特異性人免疫球蛋白有工程化抗體發(fā)展的趨向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅重組人凝血因子VIII(Kogenate和Advate)、重組人凝血因子VII(NovoSeven)、重組人凝血因子IX(Renefix)3個(gè)品種2006年的銷售額就已超過30億美元。1.4具體的生物處理行業(yè)此類產(chǎn)品中具有代表性的是促進(jìn)造血及參與免疫調(diào)節(jié)的各種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子。細(xì)胞因子研究始于對(duì)IFN、胸腺素以及集落刺激因子等的研究,人白細(xì)胞IFN、豬源胸腺素等藥物都曾盛行一時(shí)。隨后陸續(xù)克隆出人IFN、IL、集落刺激因子(CSF)、TNF、促紅細(xì)胞生成素(EPO)等一大批細(xì)胞因子基因,極大地促進(jìn)了基因工程蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展,也導(dǎo)致利用生物提取法制備的動(dòng)物及人組織來源的類似品種完全退出主流醫(yī)藥市場(chǎng)。重組細(xì)胞因子成為1995年以前生物醫(yī)藥領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的品種,也帶動(dòng)了整個(gè)生物制藥行業(yè)的繁榮:(1)1989年上市的第1個(gè)重組人EPO(Epogen)及其突變體Aranesp已經(jīng)給其制造商Amgen公司帶來數(shù)百億美元的銷售收入,并使Amgen公司連續(xù)十幾年穩(wěn)居全球生物制藥企業(yè)銷售額第1位。2005年,Epogen和Aranesp的全球銷售額合計(jì)為91.5億美元,2006年Aranesp單品銷售額突破50億美元,創(chuàng)造了一個(gè)基因一個(gè)產(chǎn)業(yè)的神話;(2)G-CSF和GM-CSF主要用于化療及骨髓移植患者中性粒細(xì)胞減少癥以及由此引發(fā)的感染的預(yù)防和治療。2008年Amgen公司的2個(gè)G-CSF產(chǎn)品Neupogen和Neulasta的合并銷售額達(dá)46.59億美元,其中聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)修飾的G-CSF產(chǎn)品Neulasta單品在美國(guó)的銷售額達(dá)31億美元,居當(dāng)年美國(guó)國(guó)內(nèi)單品排行第8位;(3)1986年第1個(gè)重組人IFN-αRoferon上市,催生了IFN產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展,包括IFN-α、IFN-β、IFN-γ及其各種改進(jìn)型IFN(如PEG修飾的IFN-α-2aPegasys等)等紛紛上市,均取得較好的銷售業(yè)績(jī)。2005年IFN-α類產(chǎn)品的銷售額合計(jì)約21.6億美元,IFN-β類產(chǎn)品的銷售額合計(jì)達(dá)40億美元。2008年,Roche公司的長(zhǎng)效IFN-αPegasys單品銷售額達(dá)16.35億美元。1.5其他特殊蛋白產(chǎn)品從蛇毒中提取的蛇毒類凝血酶(snakevenomthrombin-likeenzymes,SVTLE)、新鮮人尿液中提取的尿激酶、人血漿中提取的組織血漿酶原激活物tPA等均為典型的凝血酶及抗凝血酶產(chǎn)品。某些嚴(yán)重、罕見的遺傳性疾病與特定的代謝酶缺乏有關(guān),外源補(bǔ)充此類蛋白酶是治療的唯一選擇,如α-1蛋白酶抑制劑用于先天性α-1抗胰蛋白酶缺乏癥、腺苷脫氨酶用于治療由阿糖腺苷酶缺陷造成的嚴(yán)重組合免疫缺陷病等。在蛋白質(zhì)藥物發(fā)展的一百多年里,不同的領(lǐng)域相互影響、相互促進(jìn),特別是伴隨著對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能以及與疾病相關(guān)的分子醫(yī)學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深入,以基因克隆、DNA重組為標(biāo)志的生物技術(shù)體系逐步完善,揭開了蛋白質(zhì)藥物發(fā)展的新紀(jì)元。自重組人胰島素第1次應(yīng)用以來,之前較少應(yīng)用的蛋白質(zhì)藥物的數(shù)量及應(yīng)用頻率都有較大提高,現(xiàn)今在每一個(gè)治療領(lǐng)域,蛋白質(zhì)藥物都發(fā)揮著重要作用。2蛋白質(zhì)藥物分類美國(guó)FDA按生物制品許可證申請(qǐng)(biologicslicenseapplications,BLA)法規(guī)對(duì)蛋白質(zhì)藥物進(jìn)行審批。截至2008年,美國(guó)FDA已經(jīng)批準(zhǔn)130多種治療性蛋白質(zhì)(其中約100多種重組蛋白)藥物應(yīng)用于臨床,還有更多的蛋白質(zhì)藥物正在開發(fā)中。對(duì)這些蛋白質(zhì)藥物進(jìn)行分類將有助于更好地發(fā)揮其治療用途,并有助于理清研發(fā)思路及方向。但目前對(duì)蛋白質(zhì)藥物尚無統(tǒng)一的分類方法。小分子蛋白質(zhì)藥物可根據(jù)其物理及化學(xué)性質(zhì)分類,大分子蛋白質(zhì)藥物顯然無法依此原則進(jìn)行分類,根據(jù)延續(xù)的命名和作用機(jī)制可將其分為造血因子、生長(zhǎng)因子、IFN、IL、單克隆抗體、重組激素/蛋白等,但顯然已不適應(yīng)日益增多的蛋白質(zhì)藥物家族。2008年,Leader等首次提出根據(jù)蛋白質(zhì)藥理學(xué)作用分類的思路,并將蛋白質(zhì)藥物分為如下四大類:(1)應(yīng)用蛋白質(zhì)的酶活性及調(diào)節(jié)活性進(jìn)行治療的蛋白質(zhì)藥物;(2)有特殊靶向活性的蛋白質(zhì)藥物;(3)重組蛋白質(zhì)疫苗;(4)用于診斷的重組蛋白質(zhì)藥物。其中第一類和第二類主要用于基礎(chǔ)蛋白質(zhì)療法,第三類和第四類重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)蛋白質(zhì)在疫苗及診斷用藥中的應(yīng)用。為便于理解,本文在梳理BenjaminLeader根據(jù)功能及治療應(yīng)用分類的基礎(chǔ)上,將目前已經(jīng)批準(zhǔn)的蛋白質(zhì)藥物分為七大類。2.1血友病的耐藥因子因?yàn)樵S多疾病是由特定的蛋白質(zhì)缺乏或異常所導(dǎo)致,故可通過持續(xù)給予該類蛋白,用于治療由確定的分子病因?qū)W造成的內(nèi)分泌及代謝性疾病,如治療激素缺乏性疾病的胰島素、生長(zhǎng)激素等;治療A型或B型血友病的VIII因子和IX因子;治療因代謝酶缺乏而導(dǎo)致的各種嚴(yán)重的罕見性疾病(如重組β-葡萄糖腦苷脂酶治療Gaucher病、艾杜糖苷酸酶治療I型黏多糖增多癥、重組腺苷脫氨酶治療由阿糖腺苷酶缺陷造成的嚴(yán)重組合免疫缺陷病等)等。該類藥物多為功能活性明確,作用位點(diǎn)清楚且較局限,對(duì)符合適應(yīng)證的特殊疾病群體(包括一些罕見疾病的孤兒藥)具有不可替代性,甚至部分需要終生依賴服用。盡管隨著功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等研究的深入,越來越多的蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)系將被揭示,但可作為該類藥物開發(fā)的候選蛋白分子將越來越少。2.2類藥物的作用特性機(jī)體的生理功能依賴于蛋白質(zhì)的存在,這些蛋白分子精細(xì)的調(diào)節(jié)及平衡是維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。在許多特定情況下(包括病理及生理?xiàng)l件下),需要通過加強(qiáng)某一蛋白質(zhì)的數(shù)量、活性或作用時(shí)間來達(dá)到醫(yī)學(xué)目的,如增強(qiáng)造血及免疫功能、止血及抗凝血、平衡內(nèi)分泌紊亂、調(diào)節(jié)生育及生長(zhǎng)過程等等。本類藥物主要為人體內(nèi)正常情況下存在的細(xì)胞因子(如EPO、G-CSF、IFN等)、內(nèi)分泌激素(如FSH、HCG、PTH等)、凝血酶類分子或它們的類似物(阿替普酶、替奈普酶等)等,具有微量強(qiáng)效、作用快速、多短期使用等特點(diǎn)。但由于體內(nèi)多數(shù)細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子的生物活性廣泛、作用靶點(diǎn)多元,其藥學(xué)作用延伸可引起復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng),甚至毒副作用,這都將限制其發(fā)展成為藥物的潛能。而目前已知的作用位點(diǎn)單一的分子(如刺激紅細(xì)胞生成、促進(jìn)白細(xì)胞增殖的細(xì)胞因子等)多數(shù)已經(jīng)開發(fā)成為藥物,可以預(yù)料,該類蛋白質(zhì)藥物的開發(fā)難度將越來越大。但由于該類藥物的專利基本已經(jīng)過期,隨著生物仿制藥(follow-onbiologics)/生物相似藥(biosimilars)法規(guī)的統(tǒng)一和完善,該類藥物品種的仿制及改構(gòu)將有較大的發(fā)展?jié)摿Α?.3酶抑制劑的分類及酶學(xué)特性本構(gòu)人類一直在實(shí)踐中探討應(yīng)用天然存在的非人源蛋白質(zhì)治療人類疾病,該類藥物在人體內(nèi)不存在或即使存在但通常不行使蛋白功能,包括某些有新功能的外源蛋白,以及只在特定時(shí)間或機(jī)體特定部位發(fā)揮功能的內(nèi)源蛋白,如對(duì)大分子酶促降解的膠原酶、透明質(zhì)酸酶和阿法鏈道酶;對(duì)小分子代謝物酶促降解的PEG修飾的天冬酰胺酶;將血漿酶原降解為血漿酶的鏈激酶和凝血酶抑制劑重組水蛭素等。該類藥物的未來發(fā)展主要依賴于對(duì)各種新的外源蛋白質(zhì)在人類生理及藥理學(xué)功能方面的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。另外,由于外源大分子蛋白多具有較高的免疫原性,這也在很大程度上限制了該類藥物的開發(fā)與應(yīng)用。2.4分子為主,受-配體-作用發(fā)揮本類藥物以單克隆抗體、免疫球蛋白相關(guān)分子為主,利用受體-配體相互作用發(fā)揮效應(yīng)的分子也包括其中。該組藥物是目前研究最多,也是未來最有發(fā)展前景的群體。2.5小分子藥物的應(yīng)用該類藥物利用蛋白質(zhì)可特異性結(jié)合治療靶點(diǎn)(通過抗原-抗體結(jié)合或配體-受體結(jié)合方式)的能力,借助蛋白質(zhì)為傳輸載體,將高毒性的小分子藥物、毒素或同位素等效應(yīng)分子靶向運(yùn)送至疾病部位從而發(fā)揮治療作用,也被稱為“生物導(dǎo)彈”或“導(dǎo)向藥物”。單抗及某些細(xì)胞因子是傳輸載體的最佳候選者。機(jī)體通常通過蛋白質(zhì)作為輸送小分子物質(zhì)的載體,因此蛋白質(zhì)作為小分子藥物輸送工具具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是對(duì)蛋白質(zhì)可特異性靶向某些疾病靶點(diǎn)特性的研究,必將全面推動(dòng)個(gè)體化、靶向性等現(xiàn)代藥物開發(fā)理念向縱深發(fā)展。2.6免疫藥物的邊界伴隨蛋白或多肽疫苗制造技術(shù)的發(fā)展,“治療性疫苗”(therapeuticsvaccines)的理論及應(yīng)用不斷成熟,從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)疫苗的概念。無論從研發(fā)手段、生產(chǎn)工藝,還是從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制等角度,蛋白或多肽疫苗與蛋白質(zhì)藥物已經(jīng)沒有區(qū)別,特別是以治療性腫瘤疫苗為代表的“治療性疫苗”(therapeuticsvaccines),已模糊了“主動(dòng)特異性免疫預(yù)防”疫苗與“主動(dòng)特異性免疫治療”藥物的界限概念。因此將蛋白或多肽疫苗歸為蛋白質(zhì)藥物范疇是一種必然趨勢(shì)。雖然目前美國(guó)FDA尚未批準(zhǔn)任何治療性腫瘤疫苗上市,但一批臨床試驗(yàn)中的重組治療性疫苗已顯示出希望。隨著對(duì)腫瘤、自身免疫性疾病以及傳染性疾病研究的深入,將會(huì)有更多的重組蛋白或多肽應(yīng)用于預(yù)防及治療性疫苗的開發(fā),并將在重組蛋白質(zhì)藥物領(lǐng)域占有一席之地。2.7體外和體內(nèi)診斷該類蛋白質(zhì)藥物兼有藥物及診斷試劑的雙重功能,可用于某些特定疾病的體外及體內(nèi)診斷,特別是體內(nèi)診斷,如腫瘤顯像劑多用抗體偶聯(lián)同位素,在腫瘤定位診斷的同時(shí),同位素也可對(duì)腫瘤細(xì)胞發(fā)揮抑制或殺傷作用。3我國(guó)生物技術(shù)的應(yīng)用將助推重組蛋白藥物的發(fā)展經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的摸索和曲折發(fā)展,蛋白質(zhì)藥物已經(jīng)一步一步的成熟起來,在制藥工業(yè)及臨床應(yīng)用中均占有舉足輕重的地位。它們對(duì)腫瘤、感染、自身免疫性疾病、代謝性遺傳病、各種老年病及退行性疾病等幾乎所有疾病領(lǐng)域均具有重要影響,正在成為21世紀(jì)重要的治療、預(yù)防和診斷用藥。展望未來30年,以重組DNA技術(shù)為核心的生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將賦予蛋白質(zhì)藥物更為廣闊的發(fā)展空間:重組蛋白質(zhì)藥物將逐步取代非重組蛋白;重組改構(gòu)、體內(nèi)外修飾將成為常規(guī);用哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系表達(dá)的產(chǎn)品將占主導(dǎo)地位;蛋白質(zhì)藥物非注射給藥途徑將受到越來越多的關(guān)注:生物仿制藥/生物相似藥將大有可為。3.1重組蛋白生產(chǎn)的蛋白質(zhì)從制藥角度出發(fā),重組DNA實(shí)驗(yàn)的成功開啟了在任何生物中生產(chǎn)人類生物分子的可能性,同時(shí)也產(chǎn)生了一種替代從組織及器官中提取治療性蛋白的安全、高效、大批量、可控制的生產(chǎn)方法。目前,除一小部分蛋白質(zhì)藥物是以組織提取法獲得外,如胰酶提取自豬胰臟、α-1蛋白酶抑制劑提取自混合的人血漿,大多數(shù)蛋白質(zhì)藥物是利用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)。通過基因工程生產(chǎn)的人重組蛋白幾乎已經(jīng)完全取代從組織中提取的蛋白質(zhì),其價(jià)值不僅僅在于可以精確地復(fù)制人類蛋白,并且在藥學(xué)特征、藥代謝動(dòng)力學(xué)特性等多方面均能彌補(bǔ)天然蛋白的缺陷。此外重組蛋白還具有以下優(yōu)點(diǎn):首先,一個(gè)精確人類基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯可使蛋白質(zhì)具有更高的特異性及更低的免疫原性;第二,重組蛋白具有高效率、低成本和潛在無限產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)。例如,由β-葡萄糖腦苷脂酶(葡萄糖神經(jīng)酰胺酶)缺乏導(dǎo)致的脂質(zhì)代謝缺陷疾病——戈謝病,最初每例患者每年需要從50000個(gè)人胎盤純化獲得的β-葡萄糖腦苷脂酶用于治療,從而嚴(yán)重限制了其應(yīng)用;第三,能降低感染動(dòng)物或人類病毒性疾病的風(fēng)險(xiǎn);第四,重組技術(shù)允許蛋白質(zhì)修飾或一個(gè)特定基因的選擇性變體,以改善重組蛋白的功能或特異性,如各種胰島素類似物;第五,重組技術(shù)可以發(fā)揮人類的無限想象,使重組蛋白產(chǎn)生一種或多種新的活性或功能?？梢灶A(yù)見,工程化抗體、大分子量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)或融合蛋白將成為未來創(chuàng)新性重組蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展重點(diǎn)。3.2蛋白修飾的途徑第一代重組蛋白幾乎可精確地復(fù)制出患者體內(nèi)缺少的蛋白質(zhì)并成為替代藥物,但除了早期由大腸桿菌生產(chǎn)的重組蛋白藥物能完全復(fù)制天然蛋白外,只有很少的重組蛋白與天然蛋白的構(gòu)成完全相同。為獲得更好的藥代動(dòng)力學(xué)、彌補(bǔ)某些體內(nèi)功能蛋白的缺陷或增加蛋白在人體內(nèi)的功能,對(duì)天然蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造或修飾是一種有效的途徑。各種修飾多從改變重組蛋白的性狀入手,如增加相對(duì)分子質(zhì)量、減緩蛋白酶降解、降低免疫原性、提高生物及化學(xué)穩(wěn)定性等,進(jìn)而改善其體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、延長(zhǎng)體內(nèi)半衰期或加速體內(nèi)釋放、降低中和抗體產(chǎn)生率、提高患者適應(yīng)性及治療效果等。鑒于改構(gòu)或修飾后蛋白質(zhì)的眾多優(yōu)勢(shì),對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行重組改構(gòu)以及體內(nèi)外修飾也必將得到越來越為廣泛的應(yīng)用。3.3特殊情況下的表達(dá)系統(tǒng)目前所有被批準(zhǔn)的重組蛋白質(zhì)藥物,基本上都是由下列4種生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn):大腸桿菌、釀酒酵母、CHO和BHK細(xì)胞,但近5年新批準(zhǔn)的重組蛋白質(zhì)藥物,多數(shù)是利用哺乳動(dòng)物細(xì)胞系統(tǒng)生產(chǎn),其中以CHO細(xì)胞應(yīng)用的較多。通常情況下,某一特定的治療性蛋白,可以利用2種不同的表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn),如胰島素和人生長(zhǎng)激素可以在大腸桿菌或釀酒酵母中表達(dá);IFN-β可在大腸桿菌及CHO細(xì)胞中表達(dá),其中CHO細(xì)胞中表達(dá)的IFN-β結(jié)構(gòu)與人類天然蛋白相同,大腸桿菌表達(dá)的IFN-β則是N-末端缺失、一個(gè)半胱氨酸被絲氨酸取代以及沒有任何糖基化的蛋白。沒有任何一個(gè)表達(dá)系統(tǒng)在所有情況下都普遍具有優(yōu)勢(shì),表達(dá)系統(tǒng)需要在個(gè)案的基礎(chǔ)上選擇。從安全性角度,理論上最好選擇一個(gè)遠(yuǎn)離人類種屬的表達(dá)平臺(tái),以使人類病原體不能污染該表達(dá)系統(tǒng);如果需要糖基化,則正常的哺乳動(dòng)物表達(dá)平臺(tái)(如CHO或BHK細(xì)胞)是比較適合的選擇。3.4非注射給藥途徑許多重組蛋白質(zhì)藥物如胰島素、生長(zhǎng)素、IFN等,均需反復(fù)長(zhǎng)期使用。但由于蛋白質(zhì)藥物的特點(diǎn)是用量小、生物活性強(qiáng),口服后在胃腸中對(duì)強(qiáng)酸和蛋白水解酶很敏感,而且多肽、蛋白質(zhì)類藥物多屬親水性大分子物質(zhì),不易透過腸黏膜,生物半衰期短,口服生物利用度低,常需反復(fù)注射給藥,患者依從性不好,在一定