利用转基因植物生产生物药

18．3．3　利用转基因植物生产生物药

植物医药基因工程是指把重组的编码医用活性多肽和疫苗基因导入植物，使植物能够大量生产。大部分植物细胞都具有全能性，既可以由单个细胞再生出整株植株，很多在微生物系统行之有效的表达载体和基因转移系统也可用在某些植物上。因此，经基因工程改造过的单个植物细胞就可以再生成为完整的转基因植株。当这些转基因植株开花结果时，所改变的遗传性状就可以通过种子遗传给下一代植株。利用这一特性，在药学领域，已经生产了很多用于临床的疫苗，多肽蛋白。

最早的转基因药物是在烟草中生产神经肽，它是1988年由比利时PGS公司研制的，1989年美国斯格里普斯研究所利用转基因烟草高水平表达单克隆抗体、白介素－2、血清蛋白、胰岛素、天花粉蛋白相继在植物中表达成功。目前，世界范围内通过植物表达的多肽药物和疫苗估计有100种以上。

18．3．3．1　转基因植物在蛋白多肽药物中的应用

目前，已经成功的转基因植物蛋白有：人胰岛素、免疫球蛋白、红细胞生长素、干扰素、尿激酶、人生长激素、脑啡肽、人血红蛋白、人表皮生长因子、人红细胞生成素、粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子等。1－抗胰蛋白酶是一种治疗出血、囊肿纤维化的药物，现在已经进入临床阶段。葡萄苷酰鞘氨醇是治疗革兰氏病的有效药物，以前，这种酶是从人胎盘提取的，每年需要10～12吨胎盘才能得到足够的酶满足病人的需要，因此这种酶成为世界上最昂贵的药物之一。现在，这种药物已经在烟草中表达成功。

表18－1　转基因植物生产的蛋白

18．3．3．2　转基因植物在疫苗中的应用

A．转基因植物生产基因工程疫苗的基本方法

转基因植物生产疫苗有两种方法：一是建立整合抗原基因的稳定表达植株，用土壤杆苗T－DNA载体或微粒子轰击法将抗原基因导入植物细胞，并整合到植物基因组，建立稳定表达的植株，并可通过无性或有性繁殖生产大量的转基因植物，也可通过杂交获得产生多种抗原的多价复合疫苗；二是建立瞬时表达的植株，如用烟草花叶病毒、豇豆花叶病毒作表达载体转染植物细胞，瞬时表达产量较高。

B．转基因植物基因工程疫苗的优点与问题

与微生物发酵、动物细胞培养及转基因动物等系统生产基因工程疫苗相比，转基因植物生产基因工程疫苗具有以下优点：①植物细胞培养、植株种植条件简单，易成活；植物细胞具全能性，能再生植株；且转基因植物生产的基因工程疫苗不需严格的纯化程序，且成本较其他疫苗低得多。②微生物发酵生产基因工程疫苗不能对真核蛋白质进行准确的翻译后加工，而转基因植物能对真核蛋白质疫苗进行准确的翻译后加工修饰，保持了自然状态的免疫原性。③动物细胞生产基因工程疫苗，常用动物病毒作载体导入抗原基因，另外，生产过程中也可能污染动物病毒，这些病毒对人类具有潜在的危害；而转基因植物生产的疫苗中植物病毒不感染人体，故更为安全。④使用方便，可直接口服免疫，并产生较强的体液和黏膜免疫反应，易于生产、运输，故便于推广和普及。尽管转基因植物生产疫苗具有很多优点，但仍有一些问题需解决：①大多数蛋白质疫苗表达量不高。可以通过改进表达调控系统，如采用强启动子、增强子及调控序列来促进表达。②口服时易被消化，有人在抗原基因旁加上一些修饰基因或吸附基因序列（如菌毛蛋白基因），以防口服疫苗被消化，也有人把疫苗抗原组装成类病毒颗粒样的有序结构，以增强抗消化作用。③如果有些疫苗需将疫苗蛋白质从转基因植物中进行提取以进行人群的注射免疫，将存在如何进行大规模提取的问题。

18．3．3．3　转基因植物在抗体生产中的应用

1989年，研究人员首次证明，转基因植物可以生产功能性抗体。现在，世界上产生了较多的转基因植物抗体，其中一些已经运用于人和动物。

表18－2　转基因植物生产的抗体

用植物生产抗体有其独特的优越性：①可用于规模大田种植，价格低廉；②外源抗体基因或片段可以整合进植物染色体中稳定遗传，只需要把转基因植物进行杂交就可以向植物中导入新的抗体基因或是在植物中累积多个抗体基因或片段。利用这一特性，已成功产生了分泌型IgA，这种抗体比以前更稳定，更能耐受胃肠道的作用和蛋白酶的水解；③植物细胞可以对表达的重组抗体蛋白进行正确的组装和后期加工；④转基因植物可以简单地通过种子的形式长期存在。

植物抗体在免疫治疗中有得天独厚的优越性，它可以通过黏膜有效地抵抗细菌、真菌、病毒。典型的免疫治疗需要大剂量重复组药，转基因植物的大规模种植可满足这一要求。

18．3．3．4　转基因植物生产的糖类和工业用酶和脂肪

利用植物作为生物反应器，产量高，成本低，对工人的技术要求也不高。一些工业常用的糖、脂肪和酶也可通过转基因植物生产。利用转基因植物生产工业产品最使人关心的问题是高效的表达和方便的分离纯化过程。

表18－3　转基因植物生产的工业原料

另外，利用转基因植物还可以生产自然界难得到的物质，如蜘蛛丝等。

表18－4　利用植物作为生物反应器生产油脂、糖和蛋白质

续　表

18．3．3．5　转基因植物药物安全性问题

由于转基因植物中形成的重组蛋白质相对稳定、表达量低、不易消毒、结构不易确定及翻译修饰后造成活性差异和生物活性取决于正确结构，甚至折叠方式等，因此必须制定相应的安全管理条例以确保使用这些药物和用作药品的这些产物（药物）的安全性和有效性。全面考虑转基因植物的遗传稳定性、微生物污染、纯度、产物的可比较性及环境影响和污染情况等众多因素并且制定必要的规范化管理条例是必要的，而且这样会积极推动本领域的研究工作。目前我国已有中国科学院、中国农业科学院基因工程安全管理办公室等部门专门负责此方面内容的申报及安全管理工作。

就世界范围来讲，目前美国等国家对转基因植物药物有较健全的管理办法，欧洲总体来看仍然持保守态度，我国持积极参与的态度。我们认为，从已有的转基因植物药物的临床实验及国内外应用情况来看，其安全性是可靠的，应该在我国大力支持发展；因为这一领域是高利润的高新生物技术产业，也是人类解决所面临的各种疑难杂症的最有前景的方法。