转基因技术在生物制药中的应用
转基因技术在生物制药中的应用
摘要：随着转基因技术研究的深入, 基因组信息的公开, 转基因技术在生物制药中的应用越来越
广泛。我国的基因工程药物产业现已经初具规模, 但仍存在着自主知识产权的产品较少等问
题。因此提高自主开发能力、进行产业升级是当前我国基因工程药物产业科学发展必经之路。
转基因技术 (transgene technology) 就是运用科学手段将从某种生物中人工分离和修饰过的基因,
导入另一种生物中, 引起生物体性状可遗传的改变, 从而产生特定的具有优良遗传特性的物质。
自1953 年DNA 双螺旋结构提出以来, 特别是近十几年来, 随着重组 DNA 技术的飞速发展, 转基
因技术异军突起, 迅速渗透到工业、农业、医疗、环保等诸多领域, 也给工农业生产和国民经济
的发展带来了巨大的冲击和深远的影响。
基因工程在现代药物研发中的应用越来越广泛, 其与酶工程、细胞工程构成了现代生物制药的
三大基石。利用基因工程技术将目标基因引入宿主细胞, 通过纯化宿主细胞的过表达产物得到
的药物, 即为基因工程药物。
1 基因工程药物的发展历史
自从 1982 ——年世界上第一个基因工程药物 重组人胰岛素, 经美国 FDA 批准上市以来[1], 基因
工程药物飞速发展。这主要是得益于现代医学以及分子生物学、分子遗传学等生物学的突破。
尤其是近 20 年以来, 各大药企纷纷砸重金布局生物医药, 使得基因工程药物不断问世[2]。
我国基因工程药物的研究起步于 1980 年, 于1989 年第一个拥有自主知识产权的基因工程药物
——干扰素 a-1b 批准上市。虽然我国的基因工程药物研究起步较晚, 但随着国家政策的积极引
导、市场的巨大需求及研发能力的增加, 现在已取得了突破性进展[3]。尤其在近年来在肿瘤界
大火的单克隆抗体及免疫治疗等领域, 我国的许多药企已然处于世界前列, 获得了各界肯定[4]。
2 基因工程药物的应用
基因工程药物因其疗效好、副作用小、应用范围广泛, 而成为大家争相投资研究开发的热点, 近
年来大量的基因工程药品连续问世, 年产值达数十亿美元[5]。美国 FDA 目前已批准 116 种基因
工程新药上市, Ⅰ目前处于 ~Ⅲ 期临床试验、涉及200 余种疾病的基因工程新药还有300 多种
[2,6,7]。这些基因工程药物大多数利用转基因技术将天然活性蛋白的编码基因插入微生物或者
哺乳动物细胞进行生产, 而少数的插入到植物细胞生产。根据受体细胞类型的不同, 基因工程药
物分为微生物基因工程药物, 动物基因工程药物和植物基因工程药物[8]。下面以具体的实例来
看基因工程药物在微生物、动物、植物中的具体应用。
2.1 微生物基因工程药物的应用
胰岛素是一种蛋白类激素, 是由动物胰腺的胰岛 β细胞分泌。胰岛素作为机体内唯一降低血糖
的激素, 自1921 年被发现并用于治疗糖尿病以来, 为糖尿病的治疗翻开了崭新的一页。胰岛素
的发现对于糖尿病的治疗是划时代的, 数以万计的糖尿病患者的生命因此得到挽救。
1921 年, 加拿大科学家 Banting 和Best 首次从狗的胰腺中发现胰岛素。动物胰岛素最早于1922
年应用于糖尿病的临床治疗[9]。然而, 动物胰岛素并不是万能的, 比如获取效率低下 (一个胰岛
素患者一年需要数十至上百头动物的胰岛提取物) 、不能真正模拟人体生理性胰岛素 (容易反复
发生高血糖和低血糖, 出现胰岛素抵抗) 、容易发生过敏反应(由于与人最接近的猪胰岛素与人
胰岛素存在 1~4 个不同的氨基酸, 注射后易发生注射部位皮下脂肪萎缩或增生等过敏反应) 。因
此, 20 世纪90 年代末, 科学家通过对胰岛素的结构分析, 研制出更适合人体生理需要的新型的胰
——岛素 胰岛素类似物。1982 年, 第一个利用微生物基因工程技术生产的重组人胰岛素获批[9],
1996 年, —— 第一个胰岛素类似物赖脯胰岛素 (优泌乐) 获批上市。自此, 基于转基因技术的重
组人胰岛素因其疗效好、成本低, 逐渐取代源于动物的胰岛素, 为糖尿病患者提供了更多的选择,
成为普通老百姓、甚至是穷人也用得起的药物。
我国于 1965 年在世界上首次人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素, 于1998 年成功研
“ ”制出第一支具有自主知识产权的基因重组人胰岛素制剂 甘舒霖 [10]。
2.2 动物基因工程药物的应用
于2006 年批准上市的 Atryn, 是全球第一个通过动物乳腺生物反应器生产的动物基因工程药
物。Atryn Ⅲ的活性成分为重组人抗凝血酶, 具有抑制血液中凝血酶活性的作用, 用于预防遗传
性抗凝血酶缺陷患者围生期手术时血栓栓塞事件。
Atryn 通过山羊乳腺生物反应器生产的原理, Ⅲ是将人的抗凝血酶 基因置于乳腺特异性调节序列
之下, 并使重组 DNA 在山羊的乳腺中表达, Ⅲ通过回收山羊的乳汁获得具有人抗凝血酶 生物活
性蛋白并被用作制药等[11]。
2.3 植物基因工程药物的应用
——首个获批的基于植物细胞表达系统的药物 Elelyso, 采用基因工程改造的胡萝卜细胞生产。
于2012 年获批的 Elelyso, 主要成分是葡糖脑苷脂酶, 是一种酶替代疗法, 用于治疗 1型戈谢病
[12]。
但相对于胡萝卜等其他转基因植物, 目前研究最多、技术最为成熟的转基因植物其实是烟叶。
这主要是由于烟叶容易感染烟草花叶病毒, 需要的目标基因可以插入到烟草花叶病毒载体中, 从
而使得目标基因在烟叶中表达生产生物药。但是利用转基因烟叶生产生物药这一点被大众所熟
知, 很大程度上却得益于臭名昭著的埃博拉病毒。2014 年埃博拉病毒大爆发时, 美国加州的
Mapp Biopharmaceutical 公司却在这场危机中大放异彩, 该公司的试验性新药Zmapp 治好了在非
洲利比亚感染了埃博拉病毒的两位美国人。这个尚未获批上市的新药Zmapp 的有效活性物质就
是埃博拉病毒的中和性抗体, 是通过转基因烟叶生产的植物基因工程药物[13]。
3 基因工程药物的发展现状
我国基因工程药物起步于 20 世纪70 年代初, 相对于世界发达国家来说, 我国基因工程药物起步
较晚[14]。但经过多年的不懈努力, 我国基因工程药物研究取得了突破性进展, 成为 21 世纪最为
活跃的产业板块。尤其是近年来随着国家对于基因工程药物的大力支持, “ ”特别是 十二五 规划
期间, “ ”通过 推动我国生物产业规模 , 我国在基因工程药物这一领域发展迅速, 在生物技术、人
才、资金等方面已经逐步缩小了与先进国家的差距[15]。通过多年的发展和市场竞争, 我国的基
因工程药物产业已逐步形成了比较完善的上下游产业链和产业集群, 大幅度提升了生物制药领
域生产效率。据相关部门估计, 未来我国基因工程药物领域发展前景十分广阔, 年增长率将不低
于25%, 年生产总产值将超过20 亿元人民币[16]。与此同时, 我们也应清醒地认识到, 我国目前
的基因工程药物产业仍然存在着许多问题, 如基因工程药物模仿多于创新, 约40%的销售额来自
仿制药[17], 等等。可以说, 目前我国的基因工程药物产业, 机遇与挑战并存。
3.1 基因工程药物的发展机遇
3.1.1 宏观政策支持
宏观政策方面, 《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》确立将生物医药产业作为新型
产业, “ ”提出将其作为 国民经济增长的强大推动力, “进一步 推动我国生物医药产业规
”模[18] “ ”“。蓝皮书863”等的出台也表明我国足够重视基因工程制药产业, 并且已经逐渐打开了
生物医学的大门。国家层面对基因工程制药产业的政策支持, 加大了国家的科技投入、资金投
入, 简化审批手续, 推动投资主体多元化, 为各类市场主体参与投资创造宽松环境等方面。
3.1.2 人才及基因信息的大力发展
人才方面:由于生物技术的高新技术的特点, 我国非常重视这项技术的人才培养, 目前我国加大
了生物技术人才的培养及引进力度, 特别是高新生物制药人才, 使得物制药人才的规模与数量不
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转基因技术在生物制药中的应用摘要：随着转基因技术研究的深入,基因组信息的公开,转基因技术在生物制药中的应用越来越广泛。我国的基因工程药物产业现已经初具规模,但仍存在着自主知识产权的产品较少等问题。因此提高自主开发能力、进行产业升级是当前我国基因工程药物产业科学发展必经之路。转基因技术(transgenetechnology)就是运用科学手段将从某种生物中人工分离和修饰过的基因,导入另一种生物中,引起生物体性状可遗传的改变,从而产生特定的具有优良遗传特性的物质。自1953年DNA双螺旋结构提出以来,特别是近十几年来,随着重组DNA技术的飞速发展,转基因技术异军突起,迅速渗透到工业、农业、医疗、环...
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作者：闻远设计
分类：其它行业资料
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时间：2024-04-02
