現代生物技術制藥工藝學(已修改)

　

【正文】 現代生物技術制藥工藝學 第一講 生物技術制藥概論 第二講 基因工程生物構建 第三講 基因工程菌發酵制藥工藝 第四講 基因工程動物細胞培養制 藥工藝 第五講 基因工程藥物檢測與質量控制 第一講 生物技術制藥概論 第一節 生物技術藥物 一、生物技術藥物 生物技術藥物：利用生物機體、組織、細胞，生產制造或從中分離得到的具有預防、治療和診斷功能的藥品，包括具有生物活性的初級代謝和次級代謝產物、天然活性化合物及其類似物。 生物藥物： 20世紀 80年代 ， 用現代生物技術生產的治療性藥物 ， 基于重組 DNA技術和雜交瘤技術生產的藥物 ， 不包括直接從天然組織 、 血液等中提取的治療性蛋白質 。 隨著生物技術的發展 ， 以核酸為基礎的治療性藥物也屬于生物藥物 。 除了治療性藥物外 ， 也包括體外診斷試劑 。 在制藥領域 ， 生物技術藥物 、 生物技術產品 、生物技術制品互換使用 。 美國制藥研究與制造者 （ PhTMA） 在其相關的報告中經常使用生物技術藥物 。 生物技術藥物包括重組 DNA、 單克隆抗體 、雜交瘤和細胞系生產的藥物 ， 也包括細胞和組織來源的藥物及基因治療藥物 。 雖然與生物藥物的范疇有重疊 ， 但生物技術藥物的范圍更大 。 生物藥物是 15～ 20年以前藥物的一個亞類 ， 生物技術藥物的歷史較長 、 含義廣 。 生物技術就是整合自然科學和工程科學 ，獲得應用生物 ， 生產細胞產品和分子產品 。所以生物技術藥物應該包括任何生物技術手段和方法 （ 部分或全部 ） 生產的藥物 ， 包括傳統生物技術方法 ， 如非重組蛋白 ， 從天然資源如微生物中分離提取的抗生素或半合成抗生素 ， 植物來源的提取藥物和細胞培養藥物 。 按照來源可把生物技術藥物分為微生物藥物 、 植物藥物和動物 （ 包括人 ） 藥物等 。 制造工藝：化學合成藥物 、 生物合成藥物 、半合成藥物和中藥 制造生產技術 :微生物發酵藥物 、 植物組織培養藥物 、 動物細胞培養藥物 、 動物組織和血液制劑藥物 、 免疫抗體藥物等 。 化學本質和特征：重組藥物 、 基因藥物 、 天然藥物和合成 、 半合成藥物 。 重組藥物：重組多肽和蛋白質藥物 、 細胞因子 、 受體 、 單克隆抗體和基因工程抗體 、 重組疫苗和重組多價疫苗等 。 基因藥物：反義核酸藥物 、 基因治療藥物 、DNA疫苗和核酶等 。 天然藥物：來自動物 、 植物 、 微生物和海洋生物的天然產物 。 生化藥物：包括從動物組織或臟器等中分離提取的氨基酸類 、 多肽和蛋白質類 、 酶與輔酶類 、 核酸及其衍生物類 、 多糖類 、 脂類 、生長因子類等 藥物 生物技術藥物 生物藥物 重組蛋白質 是 是 單克隆抗體 是 是 天然材料中直接提取的多肽 、 蛋白質 是 否 治療性基因藥物 是 是 反義寡核苷酸 （ 直接化學合成 ） 是 否 反義寡核苷酸 （ 生物酶法合成 ） 是 是 直接化學合成的多肽 否 否 天然材料中獲得的抗生素 、 半合成抗生素 是 否 植物來源的天然藥物或半合成藥物 是 否 細胞或組織制劑 是 否 在有關法規中 ， 經常出現的術語是生物制品 (中國 、 美國使用 )或生物反應修飾劑 （ 美國使用 ） 、生物醫藥產品 （ 歐盟使用 ） 。 美國 FDA對生物制品的定義是病毒 、 治療性血清 、毒素 、 抗毒素 、 疫苗 、 血液 、 血液成分及其衍生物 、 變應原性制劑及類似產品 、 胂凡鈉明及其衍生物 ， 用于預防 、 治療疾病 。 這個定義并沒有包括所有生物來源的藥物 。 傳統的生物制品包括疫苗 、 類毒素 、 血液制品和代謝制劑 ， 但現在也包括重組蛋白質和核酸藥物 。 生物反應修飾劑是激素 、 神經活性物質 、 免疫活性物質的總稱 ， 它們在細胞水平上起作用 。 中國的生物制品規程也對生物制品的定義： 以微生物 、 寄生蟲 、 動物毒素 、 生物組織為起始材料 ， 采用生物學工藝或分離純化技術制備 ， 并以生物學技術和分析技術控制中間產物和成品質量制成的生物活性制劑 ， 包括菌苗 、 疫苗 、 毒素 、 類毒素 、 免疫血清 、 血液制品 、 免疫球蛋白 、 抗原 、 抗體 、 變態反應原 、 細胞因子 、 激素 、 酶 、 發酵產品 、 單克隆抗體 、 DNA重組產品和體外免疫診斷制品等 。 生物制品分類： 預防用生物制品 治療用生物制品 診斷用品 菌苗 抗血清與抗毒素 細菌學試劑 疫苗 血液制品 免疫試劑 類毒素 細胞因子 臨 床 化 學 試劑 抗生素：鏈霉素 ， 頭孢霉素；鏈霉菌 ， 青霉菌 氨基酸：谷氨酸等 20余種 ， 放線菌 ， 真菌 維生素：維生素 A， B2， 霉菌 ， 丙酸菌 ， 酵母 核苷酸和核苷：肌苷酸和肌苷 ， 桿菌 ， 放線菌 ，酵母 ， 青霉 酶：淀粉酶 ， 纖維素酶 ， 蛋白酶 ， 天門冬酰胺酶 ，鏈激酶 ， 葡激酶；米曲霉 ， 黑曲霉 ， 鏈霉菌 酶抑制劑：洛伐他丁 ， 辛伐他丁；曲霉 ， 鏈霉菌 免疫調節劑：環孢菌素 A；光澤柱孢菌 ， 鏈霉菌 抗生素 :一類在低濃度下就能選擇性地抑制或影響其它生物的生命過程的次級代謝產物 。 天然抗生素約 9000種 ， 半合成抗生素有 7000多種 ， 具有臨床應用價值的近 500種 ， 已經大規模工業生產的抗生素達 100多種 。 種類 藥物舉例 生產菌 抗菌機理與應用 β 內酰胺類 頭孢霉素 頭孢霉 抑制細胞壁 氨基糖苷類 鏈霉素 鏈霉菌 抑制蛋白合成 大環內酯類 紅霉素 鏈霉菌 抑制蛋白合成 多烯類 兩性霉素 鏈霉菌 破壞細胞膜 四環素類 四環素 鏈霉菌 抑制蛋白合成 糖肽類 萬古霉素 無枝酸菌 抑制細胞壁 多肽類 桿菌肽 桿菌 破壞細胞膜 蒽環類 柔紅霉素 鏈霉菌 抑制 RNA和 DNA合成 。 很多植物來源的藥物已經能化學合成 ， 還有一部分直接分離提取 ， 或修飾加工的半合成藥物 。 其中部分已經用植物細胞大規模培養進行生產 。 生物堿：阿托品 ， 可卡因 ， 吐根 ， 奎寧 ， 長春堿 ，長春新堿 ， 喜樹堿 ， 秋水仙堿 水楊酸：阿司匹林；萜類 :紫杉醇 香豆素 :雙香豆素 甾體 :地高辛 ， 洋地黃苷 酶：脲酶 , 無花果蛋白酶 從動物組織或器官中直接分離提取 ， 蛋白質類藥物可以用基因工程技術制造 ， 非蛋白質藥物包括甾體類激素 、 皮質類甾體和前列腺素等 ， 大多數已化學合成 。 胰腺：胰島素 ， 高血糖素 ， 胰蛋白酶 ， 胰酯酶 ，胰凝乳酶 ， Dnase， 彈性蛋白酶 腦：腦磷脂 ， 神經磷脂 垂體：生長素 ， 促黃體激素 ， 加壓素 ， 促卵泡激素 ， 促皮質激素 肝臟：維生素 ， 肝細胞生長因子 ， 肝素 ， RNA 胸腺：胸腺素 ， 胸腺肽 血液：凝血酶 ， 凝血因子 ， 血紅素 ， 血紅蛋白 ，SOD， 血漿 ， 白蛋白 ， 免疫球蛋白 ， 纖溶酶 甲狀腺 、 鰓：降鈣素 胃黏膜：胃蛋白酶 ， 胃膜素 ， 雙岐因子 ， 凝乳酶 尿：絨膜促性激素 ， 尿激酶 心臟：細胞色素 C， 輔酶 Q 蛋清：溶菌酶 二、重要的重組生物藥物 1. 激素類藥物 激素是由內分泌腺或特異細胞產生的含量極低一類小分子 ， 通過信使功能 ， 起專一生理效應 。 人胰島素：胰島細胞 ， 前胰島素原 跨膜運輸 ， 切除 23 aa信號肽 ， 86 aa的 胰島素原 。 高爾基體形成二硫鍵 ， 切除 C肽 ， 成熟的胰島素分泌到胞外 ， 進入血液循環 。 成熟的 胰島素 由 AB雙鏈組成 ， A鏈21 aa， B鏈 30 aa， 3對二硫鍵 。 生理功能廣泛 ， 能促進糖原合成和糖酵解 ， 產生 ATP， 降低血糖含量 ， 保持能量供應 。 重組人胰島素 :發達國家取代豬或牛胰島素 ， 用于臨床 ， 主要治療 I型糖尿病 。 生長素 :垂體前葉分泌的一種促進生長的激素 。 人生長素是 191 aa的 單鏈球蛋白 ， 2對二硫鍵 。 生長素具有促進氨基酸的運輸和蛋白質 、 核酸的合成代謝 ， 刺激新骨形成和紅細胞生成 ， 加速生長 。重組人生長素用于治療侏儒病 、 慢性腎功能衰竭 、燒傷 、 創傷等 。 心鈉素即心房利鈉多肽 （ 心房利鈉因子 ） ：是一個家族 ， 心鈉素 、 腦鈉素 、 C型利鈉肽 。 心鈉素家族的三個成員分子為環狀結構 ， N端和 C端為鏈狀 ，1對二硫鍵在環內 ， 存在高度保守序列和區域 。 人心鈉素由 28個氨基酸殘基組成 ， 人腦鈉素由 32個氨基酸殘基組成 。 重組人心鈉素日本上市 ， 用于心衰治療 ， 我國也進入臨床實驗 。 降鈣素 :甲狀腺濾泡旁細胞產生的激素 ， 生理功能是調節鈣磷代謝 ， 維持內環境的穩定 。 33 aa的多肽激素 ， 不同種類活性差異較大 ， 非脊椎動物如魚類比哺乳動物的活性高 。 目前使用的是天然提取的豬 、 人 、 鰻魚 、 化學合成的等 。 基因工程重組鮭魚鈣降素于 1999年在歐洲上市 。 主要用于骨質疏松 、 高鈣血癥 、 Paget’ s病等 ， 骨量減少 ， 更新機能障礙等疾病的治療 。 高血糖素：低血糖癥； 促甲狀腺素：治療和診斷 促卵泡激素：停止排卵和超排卵 種類 商品名 胰島素 Humulin， Novolin， Humalog， Lantus 生長素 Humatrope， Nutropin， Saizen, Bio Tropin， Genotropin， Norditropin， Protropin, Serostim 高血糖素 Glucogen 促甲狀腺素 Thyrogen 促卵泡激素 Conal F， Puregon, Follistin 細胞因子：各種細胞合成并分泌的小分子多肽類因子 ， 調節機體的生理功能 ， 參與細胞的增殖 、分化 、 免疫 、 移植排斥 、 凋亡等過程 。 干擾素： IFNα， β ， γ， ε ω， τ 。 IFNα約有 25種亞型 ， 165－ 166 aa， 2個二硫鍵 ， 無 N－糖化位點 。 IFNβ 有 4個亞型 ， 166 aa， 1個二硫鍵 。 IFNγ有 4以上個亞型 ， 由 143個氨基酸殘基組成 ， 無二硫鍵 ， 2個 N－糖化位點 。 重組 α、 β 、 γ干擾素均已上市 ， α治療白血病 、 慢性病毒感染如乙肝 、 丙肝 、 單純皰癥病毒等 ， β治療多發性硬化癥 ， γ治療類風濕關節炎等 。 白細胞介素 : 介導白細胞之間相互作用的一些細胞因子 ,現已命名至 IL－ 23。 只有 IL2和 IL11被開發成基因工程藥物而上市 。 IL－ 2由 133 aa組成 ， 1個鏈內二硫鍵 ，糖蛋白 。 IL－ 11由 178 aa組成 ， 無二硫鍵和糖基化 。IL－ 2用于癌癥輔助治療 ， IL－ 11與 G－