生物制药基础及应用-第一章

沈立明：S317：26012653沈阳药 学

熊宗贵

生物技术制药生物技术制药（第2版）王凤山 主编，人民卫生本课程知识结构及相互之间的关联工程细胞工程酶工程发酵工程抗体工程化学----基础--条件----基础动物细胞工程植物细胞工程生物技术制药就是通过以上工程方法的高科技新兴产业干细胞，肿瘤免疫治疗，

等生物技术和生物药物的发展简史生物技术的发展过程按其技术特征来看，可以分为3个不同的发展阶段：即传统生物技术、近物技术和现物技术。物药物，现物生物药物：传统生物药物，近药物。1、传统生物技术阶段传统生物技术的应用已有悠久的历史。远在公元前几千年，就有了酿酒和制醋的生产技术，因而它的技术特征是酿造技术。传统生物药物特点:从生物材料粗加工（1）神农：用蟾酥治疗（2）公元4世纪，葛洪，《肘后良方》海藻治瘿病，瘿病是指以颈前喉结两旁结块肿大为主要临床特征的一类疾病（3）公元631-682年，孙思邈，羊肝治雀目2.

近

物技术阶段1860年荷兰微生物学家安东.列文虎克发明显微镜发现了微生物1865年法国科学家巴斯德证明了发酵原理1928年英国Fleming发现青霉素近

物药物脏器制药（生化药物）与微生物制药时期20世纪20年代胰岛素，甲状腺素20世纪40年代青霉素20世纪50年代皮质激素和垂体激素20世纪60年代酶制剂，维生素生化制药工业时代60年代以后，生物分离工程的技术和设备广泛应用，生化产品达到600余种。生化药物（脏器制药）肝素钠（heparin

sodium）硫酸氨基葡聚糖的钠盐产品肝素钠原料药，出口全球，企业，如Sanofi-Aventis，Fresenius市海普瑞药业客户包括世界知名的Kabi，Novartis等。肝素钠是硫酸化粘多糖的钠盐，是分子量不同的不同种类分子的混合物，这些分子保持了复合的活性以对抗血液凝结阶段不同的因子。它存在于哺乳动物体内，通常从那些

类作为食物驯

养的哺乳动物的肠粘膜或合适的组织中提取。肝素的原料来源必须是被指定符合使用要求的。生产工艺应经过验证，确认是能清除和灭活有传染性的和外来的物质（如： ，TSE

agents）。肝素钠由α-D-葡萄糖胺（N-磺酸基，O-磺酸基，或N-乙酰基）和O-硫酸化糖醛酸（α-L-艾杜糖醛酸或β-D-葡萄糖醛酸）交联派生的聚合物组成的。肝素混合物的组分的活性是以它与USP肝素钠标准品的活性的比值来表示的。其中的一些成分具有延长血液凝结的时间的特性。这主要是通过形成组分-血浆蛋白抗凝血酶-肝素辅因子

II的复合物，加强对凝血酶（因子IIa）的抑制。在凝结序列中的其它凝结蛋白酶（例如活性因子X(FXa)也包含其中。目前，不仅传统的临床应用，还包括其现有衍生物的临床应用，而且很多全球的知名的

公司都在以肝素为前体，研发针对更多适应症的新产品。第一章

生物药物概述第一节生物技术药物定义与分类第二节生物术在制药中的应用第三节

生物技术制药—产业一、中国的三大药源化学药生物药中药《中国药典》2010年版于 起正式实施。一部(中药)、二部(化学药)、三部(生物制品)第一节二、生物技术药物生物药物：生物技术制药：采用现物技术，按照人的设想，借助动植物微生物来生产所需的

品。生物技术药物：一般来说,采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物。生物技术药物、生化药物、微生物药物、海洋药物、生物制品的统称。三、现

物药物四种类型重组多肽、、反应用DNA重组技术制造的蛋白质类治疗剂。

药物，如

治疗剂、义药物和核酶等。来自动植物和微生物的天然生物药物。与部分

的生物药物。四、生物药物按功能用途分为三类治疗药物其独特的生理调节作用，对很多疾病有很好地治疗作用，且副作用低。预防药物各种 、类毒素等。在疾病的预防方面也唯有生物药物方能胜任。药物临床 是生物药物重要的用途之一，速度快、灵敏度高、特异性强。五、按药物的化学本质来分类1：氨基酸及其衍生物类药物2：多肽和蛋白质类药物-----化学本质相同，在生物学上性质差异较大。蛋白质类药物有白蛋白、丙种球蛋白、胰岛素，多肽类有催产素、降钙素、胰高血糖素。

3：酶与辅酶类药物----消化酶、氧化还原酶、抗肿瘤酶等，种类多，结构复杂。4：核酸及其降解物和衍生物类药物------DNA、RNA、多聚核苷酸、单核苷酸、碱基，5-氟尿嘧啶，6-巯基嘌呤。

5：糖类药物-----以粘多糖为主，结构复杂，功能多样。6：脂类药物-----脂肪、脂肪酸类、磷脂类、胆酸类、固醇类、卟啉类。7：细胞生长因子类药物-----人和动物细胞 的具有特殊活性的因子（糖蛋白）。白细胞介素（IL）。红细胞生成素（EPO）、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子。六、按药物的来源来分类有利于对不同原料综合利用，开发研究1： 组织来源的生物药物----种类多，疗效好，一般无副作用，受到法律， 及原料限制 人血液制品、人胎盘制品、人尿制品。

2：动物组织来源的生物药物----包括动物脏器制药的全部内容，及其它小动物产品 蛇毒、蜂毒。3：植物组织来源的生物药物----是中草药的主要成份。4：微生物来源的生物药物------抗生素、氨基酸、维生素、酶。5：海洋生物来源的生物药物------种类繁多、成份复杂。七、生物制药产品第二节生物技术在制药中的应用工程制药细胞工程制药酶工程制药发酵工程制药部分早期动物来源的药物：产品适应症来源胰岛素猪牛胰腺胰高血糖素胰岛素造成的低血糖猪牛胰腺hGH侏儒症人脑垂体FSH不孕绝经妇女尿液hCG不孕怀孕妇女尿液血液凝集因子血友血液多克隆抗体免疫免疫动物、人HBsAg对抗携带者血浆尿激酶溶栓人尿液肽类激素（促激素、催产素）多种脑垂体类固醇激素多种、包括不育症肾上腺皮质素多种、血管舒张、抑制胃酸大多组织肾上腺素过敏反应肾上腺工程制药

工程制药是指利用重组DNA技术生产蛋白质或多肽类药物。这些药物常是一些

内的活性因子，如干扰素、胰岛素、白细胞介素2、EPO等。主要研究相应

的鉴定、克隆、载体的构建与导入、目的产物的表达及分离纯化等问题。现在正兴起的治疗是这一技术的一个新领域。•，我国批准了第一个在我国生产的 工程药物——重组人干扰素α1b，标志着我国生产的基因工程药物实现了零的突破。重组人干扰素α1b是世界上第一个采用

克隆和表达的

工程药物，也是我国自主研制成功的拥有自主知识产权的

工程一类新药。生长抑素(Somatostatin，简称SRIF或SS)工程药物的开发从绵羊下丘脑组织分离而来1mg

/10万只羊1mg/10L大肠杆菌培养液0.3

/mg可以抑制生长激素、促甲状腺激素、胰岛素、胰高血糖素的预防和治疗急性胰腺炎、并发症肢端肥大症溶栓药物“重组人尿激酶原”（Pro-UK），获国家一类新药 和生产批文。从国内第一个成功克隆人尿激酶原的全长

cDNA，全球最先在CHO细胞获得成功表达并得到CL-11G细胞株，到全球首个采用多孔微载体高密度培养技术生产生物技术药物的动物细胞培养工艺以及高达70%回收率的大规模纯化工艺，申请了国家专利保护，拥有完全自主知识

。尿激酶原是新一代特异性溶栓药，它是尿激酶的前体，由411个氨基酸组成，其本身的催化活性很低，只有被运送至血栓局部，经纤维蛋白溶解酶等酶的激活，使它的肽链在Lys158-Ile159位点之间被打开形成尿激酶后，才能发挥溶栓作用。同时， 部出现纤维蛋白的E片段时，可使它原先的催化活性增大500倍，因此它的溶栓作用表现出很强的特异性，对血栓局部的溶解作用很强，而对全身的纤溶系统影响较小。军事医学资料：重组人干扰素α1b重组α-1b干扰素是采用

克隆和表达的工程产品，是DNA重组技术生产的高纯度水溶性蛋白，为一类新药。本品于21世纪

80年代末由中国预防医学

与

生物制品所共同研

发成功，1995年

生物制品所的冻干粉针剂获得卫药准字号批文，

商品名干扰灵，是我国第一个实现

的治疗用

工程产品。经长期大量临床研究证明，重组α-1b干扰素治疗慢性

、丙肝

感

染及毛细胞白血病疗效肯定，而且被作为抗癌化疗的辅助用药，在支

援疗法中均显示出较好效果，是目前干扰素中副反应相对较低的药品。1996年

科兴生物成功开发了重组α-1b于扰素注射液、冻干粉针剂，商品名赛若金，尔后，

三元

工程开发的产品获准上市，商品

名运德素。目前，这三家已成为我国生产重组α-1b干扰素主要的三大

厂商。从2002年国内重点城市样本医院干扰素市场看，国产重组α-1b干扰素的疗效已逐渐被医生和患者认可，其中赛若金占据了21.2%的份额，在南方地区竞争优势更为明显，近两年国产干扰素的市场占有率已明显超过了进口产品。肾功能不全所致贫血，包括透析及非透析

。本品适用于治疗性疾病和某些。已批准用于治疗慢性乙型肝炎、丙型肝炎和毛细胞白血病。已有临床试验结果和文献报告用于治疗性疾病如带状疱疹、、流行性热和小儿呼吸道合胞等有效，可用于治疗 如慢性粒细胞白血病、黑色素瘤、淋巴瘤等。科兴工程技术在 工业中的应用工程药物品种的开发。工程

。工程抗体。与

治疗。建立新药的筛选模型。改良菌种，产生新的微生物药物。改进药物生产工艺。利用转

动植物生产蛋白质类药物。细胞工程制药

细胞工程制药是利用动、植物细胞培养生产药物的技术。利用动物细胞培养可生产人类生理活性

因子、 、单克隆抗体等产品；利用植物细胞

培养可大量生产经济价值较高的植物有效成分，

也可生产人活性因子、 等重组DNA产品。现今重组DNA技术已用来构建能高效生产药物的动、植物细胞株系或构建能产生原植物中没有的新结

构化合物的植物细胞系。主要研究动、植物细胞高产株系的筛选、培养条件的优化以及产物的分离纯化等问题。细胞工程主要应用在三个方面单克隆抗体。动物细胞培养。植物细胞培养生产次生代谢产物。酶工程制药酶工程制药是将酶或活细胞固定化后用于药品生产的技术。它除了能全程药物分子外，还能用于药物的转化，如我国成功地利用微生物两步转化法生产维生素C。它主要研究酶的来源、酶(或细胞)固定化、酶反应器及相应操作条件等。酶工程生产药物具有生产工艺结构紧凑、目的产物产量高，产物回收容易，可重复生产等优点。酶工程作为发酵工程的替代者，其应用具有广阔的前景。发酵工程制药发酵工程制药是指利用微生物代谢过程生产药物的技术。此类药物有抗生素、维生素、氨基酸、核酸有关物质、有机酸、辅酶、酶抑制剂、激素、免疫调节物质以及其他生理活性物质。主要研究微生物菌种筛选和改良、发酵工

艺的研究、产品后处理即分离纯化等问题。重组DNA技术在微生物菌种改良中起着越来越重要的作用。生物

产业的概念可以分为广义和狭义两种广义的生物 产业是指将现 物技术与各种形式的新药研究、开发、生产相结合，以及与各种疾病的 、防治和治疗相结合的产业。狭义的定义，是指以

工程、细胞工程、发酵工程和酶工程为基础的产业。第三节

生物技术制药—产业上游工程:是生物技术的

研究阶段,应用基础研究,产生三新产品的源泉。下游工程:是生物技术的扩大生产,加工应用阶段,使三新产品能达到三化:商品化、工程化、企业化,是效益阶段。一、生物技术制药的特征，有的高达6亿。高技术识层次的人才和高新的技术高投入一个新的生物

的平均费用为1～3亿高风险成功率为5%－10%，研制时间却需8－10年。高收益利润率回报可高达10倍,上市后2－3便可收回投资。长周期生物药品从开始研制到最终转化为产品要

经过很多环节：试验室研究阶段、中试生

产阶段、临床试验阶段（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期）、规模化生产阶段、市场商品化阶段以及监督每个环节的严格复杂的药政

程序，而且产品培养和市场开发较难，所以开发

一种新药周期较长，一般需要8-10年，甚至10年以上的时间阿尔茨海默氏症（AD）一直是新药研发的重灾区，

该领域临床失败率高达99.6%。许多曾经极具潜力的

药物最终都失败了，包括辉瑞（Pfizer）和强生（JNJ）的单抗bapineuzumab及礼来（Eli

Lilly）的单抗solanezumab，这2种单抗投资均超过10亿 ，在早期临床 极大的潜力，但在III期临床均惨遭失败，在AD领域为公司带来了非常沉重的打击。这一回， 制药巨头罗氏（Roche）不幸中招，该公司单抗药物gantenerumab在大型III期也以失败告终。可以说，阿尔茨海默氏症（AD）妥妥的就是个“巨坑”，各大巨头接连失足，景象简直惨不忍睹！！！罗氏不哭，阿尔茨海默氏症（AD）就是个大坑！生物工程药物的利润回报率很高。一种新生物药品一般上市后2-3年即可收回所有投资，尤其是拥有新产品、专利产品的企业，一旦开发成功

便会形成技术

优势，利润回报能高达10倍以上。

Amgen公司推出的促红细胞生成素（EPO）和1991年推出的粒细胞集落刺激因子（G-CSF）在1997年的销售额已分别超过和接近20亿

。可以说，生物药品一旦开发成功投放市场，将获暴利。格列卫（甲磺酸伊马替尼片），是诺华制药公司（Novartis）研发的一种针对酪氨酸激酶BCR-ABL的分子靶向药物，现作为费城

（Philadelphia chromosome）阳性的慢性粒细胞白血病(Chronicmyelogenous leukemia，CML)的一线用药，有效率高达95%，且用于治疗胃肠道间质瘤（Gastrointestinalstroma

tumor, GIST）也取得了确切疗效。诺华公司生产的格列卫，一个月一盒，23500元。2004年，陆勇意外知道了 有仿制格列卫，当时一盒4000元。而现在，一盒已降价到不过200元。哈尔滨的张亭栋和的王振义分别于1970和1980年代发现治疗白血病的药物，在用传统化学方疗方面做出瞩目的成就。王振义：1986年在国际上首先创导应用全反式维甲酸诱导分化治疗急性早幼粒细胞白血病，获得很高的缓解率。发现联合应用维甲酸和氧化砷治疗APL，可使五年生存率上升至95%，从而使APL成为第一个可治愈的成人白血病。2010年度国家最高科学技术奖。陈竺在领中国工程院

王振义和中国取了由全美 研究颁发的第七届圣捷尔吉研究创新成就奖。工程药物的高回报碱性成纤维细胞生长因子红细胞生成素231元/µg1072元/µg白细胞介素-2 410元/µg巨细胞粒细胞集落刺激因子

1960元/µg胰岛素 10.2

元/mg二、国内外生物制药技术发展状况国际：1998年147亿

，2003年400亿

，2009年生物药品市场达到1240亿生物技术产品年增长速度25%，就业增长率12.5%，约有2/3是生物市场，生物新药种类超20%生物

的发展趋势目前全球生物制药产业的发展极不平衡从生物技术产业看，全球生物技术公司总数已达4362家，其中生物技术公司总数主要集中在欧美，占全球总数的76%，欧美公司的销售额占全球生物技术公司销售额的93%，而亚太地区的销售额仅占全球的3%左右。生物技术药物产品发展极不平衡目前10%的生物技术药物占整个生物制药市场90%，其中5类主要产品占到市场50%的份额，分别是红细胞生成刺激蛋白（E-SPs）、单克隆抗体、集落刺激因子（G-CSFs）、人胰岛素及重组人生长激素（hGH）。我国生物技术制药现状和发展前景开始于20世纪70年代初，先是进行固定化酶的研究，以后固定化酶和固定化细胞的研究与应用得到发展。70年代后期，开始

国外

工程技术的某些基础性工作。80年代初期，开始乙型肝炎

工程

、

工程干扰素的

物技术方面的项目得到了国家的支持，其中-1b型干扰素为我国首创。目前我国生物制药技术申报貌似“活跃”，实