基因工程药物概述

第一章、基因工程药物概述提纲发展历史应用现状今后研发方向第一节、基因工程药物发展历史主要参考资料：汤仲明.生物技术药物（第1版）.北京：化学工业出版社，2008.基因工程药物发展历史•1953年，Watson和Crick揭示了DNA双螺旋结构•1966年，遗传密码被破译•1970年，发现了限制性内切酶•1973年，Cohen和Boyer用限制性内切酶第一次完成了DNA的切割与连接•1977年，Genentech公司在大肠杆菌表达第一个人蛋白生长抑素，随后又成功表达了rhGH。•1978年，Genentech公司基因重组人胰岛素在大肠杆菌中成功表达•1979年，FDA批准了第一个基因重组药物-人胰岛素Humulin上市（Genentech公司）基因工程药物发展历史（续-1）•1982年，第一个用酵母表达的基因重组胰岛素-Novolin上市•1983年，PCR技术出现•1984年，嵌合抗体技术创立•1986年，人源化抗体技术创立•1986年，第一个重组抗肿瘤药物α-IFN上市•1987年，第一个用动物细胞（中国仓鼠卵巢细胞CHO）表达的基因工程产品t-PA（组织型纤溶酶原激活物）上市•1988年，第一个基因重组疫苗上市（乙肝疫苗，Recombivax-HB）基因工程及制药发展历史（续-2）•1990年，噬菌体展示人源抗体制备技术创立•1994年，第一个基因重组嵌合抗体ReoPro上市•1997年，FDA批准第一个肿瘤治疗性抗体Rituxan上市（IDEC和Genentech公司）（CHO表达，抗CD20）•2002年，EMEA批准第一个治疗性人源抗体Humira上市（Abbott公司，抗TNF-α抗体，治疗类风湿关节炎）•2004年，中国批准了第一个基因治疗药物P53腺病毒注射液•2006年，FDA批准第一个基因重组肿瘤疫苗Gardasil（佳达修，加德西）上市（用于预防HPV感染诱发的宫颈癌）•2011年，FDA批准第一个抗体药物偶联物（ADCs）抗CD30-毒素偶联物上市（用于霍奇金淋巴瘤的治疗）第二节、基因工程药物的种类及应用现状参考文献：①美国食品药物管理局网站：@FDA：②中国国家食品药品监督管理局（SFDA）网站③胡显文在“基因工程药物与抗体药物研发与质量控制关键技术研讨会”上的报告。一、基因工程药物的种类•基因重组多肽及蛋白药物•核酸类重组药物•重组活载体药物（一）基因重组多肽及蛋白类药物•是将具有药物活性的多肽及蛋白的编码基因与载体DNA重组后转入受体细胞表达并分离纯化生产的药物。常用种类：蛋白多肽类激素、细胞因子、抗体、酶、可溶性受体、亚单位疫苗、血浆蛋白等细胞因子（cytokine，ck）由机体多种细胞分泌的具有调控细胞生长分化、调节免疫功能等生理活性并参与病理反应的小分子蛋白质。抗体•免疫系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞增殖分化为浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合、具有免疫功能的蛋白质。•组成主要为γ球蛋白，也称为免疫球蛋白（Immunoglubulin，Ig）。可溶性受体（soloblereceiptors）•为膜表面受体的胞外部分，由于呈游离可溶状态，被称为可溶性受体。外源治疗性可溶性受体可与相应的膜受体竞争配体而起到抑制作用，借此发挥治疗作用。亚单位疫苗•用病原体上能够诱发保护性反应的蛋白（而非完整病原体）生产的疫苗。传统疫苗：完整病原体制备的灭活疫苗（死疫苗）、减毒活疫苗（弱毒疫苗）和细菌外毒素经一定浓度甲醛处理后生产的类毒素（toxiod)疫苗。（二）核酸类重组药物•利用重组核酸进行疾病防治的药物。DNA疫苗（DNAvaccine）：是把编码病原体保护性抗原的基因连接到真核表达载体上，用重组载体制成的疫苗。又称为基因疫苗（geneticvaccine）、核酸疫苗（nucleicacidimmunizaiton）等。（三）重组活载体疫苗•将编码病原体有效抗原的基因插入无致病性的活病毒（如痘病毒疱疹病毒、腺病毒等)或细菌（沙门氏菌、结核杆菌)基因组，利用重组病毒或重组细菌制成的疫苗。也称为重组活疫苗。二、重组激素类药物应用现状（一）FDA激素类上市产品•胰岛素及各种突变体：治疗糖尿病•甲状旁腺激素：调节钙磷代谢，治疗绝经期妇女的骨质疏松•人生长激素：治疗生长激素缺乏性矮小症•胰高血糖素：治疗胰岛素使用过量的低血糖症•人绒毛膜促性腺激素（HCG）：促进女性排卵，治疗不育症•促卵泡激素（FSH）：促进卵泡发育和排卵，治疗不育症•促黄体素（LH）：治疗严重缺乏LH和FSH的不育症患者。•鲑鱼降钙素：预防骨质疏松症及骨折、Paget疾病、恶性高钙血症。治疗疾病：糖尿病、不育症、矮小症、骨质疏松胰岛β细胞破坏与糖尿病我国CFDA2013年9月登记的重组激素类药物•国产：胰岛素及各种突变体、人生长激素（rhGF）。•进口：瑞士、蛋白、韩国产生长激素；瑞士产人促黄体激素；瑞士和荷兰产人促卵泡激素；意大利产人绒毛膜促性腺激素。治疗疾病：糖尿病、矮小症、不育症三、重组细胞因子类药物应用现状（一）细胞因子分类•白细胞介素（interleukin，IL）•干扰素（interferon，IFN）•肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF）•集落刺激因子（colonystimulatingfactor，CSF）•生长因子（growthfactor，GF）•趋化性细胞因子（chemokine）1、白细胞介素•定义：由白细胞产生并主要介导白细胞间相互作用的细胞因子命名为白细胞介素（interleukin，IL）。已发现33种，IL-1~IL-33。功能：刺激免疫细胞增殖、免疫调节（抑制或增强）、促进炎症等作用。2、干扰素•定义：具有干扰病毒感染和复制的低分子可溶性糖蛋白。分类：根据稳定性（耐热耐酸性）、天然来源细胞、氨基酸组成和序列差异，分为不同的型（Ⅰ型和Ⅱ型）、类（α、β、γ）、亚类（α1~α25、β1~β4、γ1~γ4）及次亚类（如α2a~α2c）。生物活性：不同种类IFN生物活性相似，具有抗病毒和免疫调节活性（干扰病毒复制、增强细胞免疫、抑制体液免疫）。Ⅰ型（主要为α和β类）稳定性较好。干扰素的免疫调节作用3、肿瘤坏死因子•定义：一种能使肿瘤组织发生出血坏死的细胞因子。分类：TNF-和TNF-功能：抗肿瘤作用（引起肿瘤细胞凋亡、肿瘤组织坏死）、免疫调节作用、炎症介质。TNF的功能4、集落刺激因子•定义：能够刺激造血干细胞和不同发育分化阶段的造血祖细胞增殖分化、在半固体培养基上形成相应细胞集落的细胞因子。又称为造血刺激因子或造血调节因子。集落刺激因子分类•粒细胞集落刺激因子（granulocyteCSF，G-CSF）•粒细胞、巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte－macrophageCSF，GM-CSF）•巨噬细胞集落刺激因子（macrophageCSF，M-CSF）•干细胞因子（stemcellfactor，SCF）•红细胞生成素（erythropoietin，EPO•血小板生成素（thrombopoietin，TPO）5、生长因子•定义：具有刺激细胞生长作用的细胞因子。种类：表皮生长因子（epidermalgrowthfactor，EGF）；成纤维细胞生长因子（fibroblastgrowthfactor，FGF）；血管内皮细胞生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）；神经生长因子（nervegrowthfactor，NGF）；血小板衍生的生长因子（plateletderivedgrowthfactor，PDGF）；肝细胞生长因子（hepaticgrowthfactor，HGF）6、趋化性细胞因子•定义：对多种白细胞（单核细胞、嗜中性粒细胞、淋巴细胞）具有趋化作用和激活活性的小分子蛋白质。趋化作用（chemotaxis）：是指化学刺激物（趋化因子）刺激细胞沿浓度上升梯度向着化学刺激物定向移动的作用（移动的速度为每min5~20μm）（二）美国FDA上市的CK产品及适应症•IL-2：肿瘤。•IL-11：血小板减少症。•各种类型干扰素（IFN）：治疗肿瘤、炎症、自身免疫性疾病。•EPO：肾性贫血。•TPO：血小板减少性紫癜。•rhG-CSF：白细胞减少症IL-2：T细胞生长因子，刺激T细胞增殖。IL-11：血小板刺激因子，促进血小板产生。美国FDA上市的CK产品及适应症（续）•血小板源性生长因子（PDGF）：促进创伤愈合，治疗糖尿病足溃疡。•骨成型蛋白2（BMP-2）：促进骨质形成，治疗脊骨退行性融合。•角化细胞生长因子-1（KGF-1）：促进上皮细胞移行及再生，用于治疗化疗引起的重度口腔黏膜炎。•胰岛素样生长因子-1（IGF-1）：儿童IGF缺乏性生长不良（三）我国CFDA2013年9月登记的国产重组细胞因子类药物•IL-2相关产品•IL-11相关产品•各种类型IFN•TNF：注射用重组改构人肿瘤坏死因子（天恩福）•EPO•TPO•rhG-CSF•rhGM-CSF•rEGF（重组表皮生长因子）及rFGF（重组成纤维细胞生长因子）：创伤、烧伤、眼科疾病等。（四）我国CFDA2013年9月登记的进口重组细胞因子类药物•rhIFNα2a注射液：罗荛愫，Roferon-A：瑞士。•PEG化rhIFNα-2a注射液：派罗欣，Pegasys，瑞士。•PEG化rhIFNα-2b注射剂：佩乐能，Peg-Intron，新加坡。•rhIFNβ-1b：倍泰龙，Betaferon，美国•rhIFNβ-1a注射液：利比，Rebif，意大利。•rhEPO注射液：利血宝，ESPO，日本；阿司伯根，Espogen，韩国；罗可曼，Recormon，瑞士。•rhG-CSF：惠尔血，GRAN，日本；格拉诺赛特，Granocyte，日本。四、重组抗体类型及应用现状（一）抗体基本结构：按同一方向排列的4条肽链（两条相同的长链称之为重链，两条相同的短链称为轻链）经二硫键连接组成的形态呈“Y”的单体。（二）分类：5类，IgG、IgM、IgA、IgD、IgE。其中在血液中含量最高、功能最全的为IgG。（三）IgG的功能区及功能1、抗原结合位点：位于N段可变区。2、补体结合位点：位于IgG分子Fc段的CH2，可与补体结合。3、Fc受体结合位点：位于IgG分子Fc段的CH3，可与IgG的FcR结合。4、母体胎盘结合位点：位于IgG分子Fc段的CH2，可与母体胎盘滋养层细胞上的受体结合，介导IgG从母体一侧穿过胎盘到达胎儿。IgG尚有母体胎盘结合位点；IgA有IgG类抗体的功能1、识别和结合抗原产生中和、封闭等作用。2、活化补体，产生溶菌、溶细胞作用及补体的调理作用。3、结合Fc受体（IgG和IgE），介导抗体的调理作用（IgG）、ADCC作用（IgG）等。4、通过胎盘（IgG）：参与胎儿及初生儿被动免疫抗体的中和作用和封闭作用•中和作用：抗体与病原微生物和毒素等有害抗原物质结合，阻止其与细胞受体结合而保护细胞免受危害的作用。具有中和作用的抗体称为中和抗体。•封闭作用：抗体与功能细胞表面抗原或可溶性抗原结合阻止其发挥效应的作用。这类抗体被称为封闭抗体。CVB3：柯萨奇B3病毒中和抗体结合位点两个思考题：1、能与病原表面抗原结合的抗体是否都是中和抗体？2、用来制备中和抗体的抗原应具备什么基本条件？抗体的调理作用（opsonization）•由抗体的Fc段及吞噬细胞表面的相应受体结合介导的促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原作用。一些细菌的荚膜具有抗吞噬作用抗体的ADCC作用•ADCC即antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity的缩写，中文含义是：抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用。指表达Fc受体的细胞毒性效应细胞通过识别抗体Fc段杀伤被抗体包被的靶细胞的作用。MФ：巨噬细胞（macropha