基因工程药物的生产方法

（一）重组人活性蛋白多肽及细胞因子药物的生产

人活性蛋白多肽和细胞因子是指人体内各类激素及防御系统所产生的各种生物活性物质。它们的功能是调控整个人体正常生理、生化功能，促进生长发育，调节各种组织新陈代谢，防止感染疾病。此类物质平时体内含量甚微，机体可根据需要随时增加其合成量。此类物质缺乏时，会发生各种疾病，例如胰岛素缺乏发生糖尿病。由于这类活性蛋白多肽和细胞因子具有高度生物活性，分子量很大，立体结构异常复杂，体外难以人工合成，所以过去糖尿病患者只能服用从牛、猪体内提取的胰岛素来治疗，但牛、猪胰岛素结构上与人胰岛素有差别，如人与猪胰岛素β链第30个氨基酸残基不同，长期服用会引起肾和眼的疾病。用基因工程方法获得重组人胰岛素进行治疗，可以避免上述不良反应。人体内自身各类疾病和免疫性疾病，应该都能被这类人重组活性蛋白多肽和细胞因子药物所治愈，因此，自重组人胰岛素研制成功以后，掀起了应用基因工程研制重组人活性蛋白多肽和细胞因子类药物的热潮。

（二）利用转基因动、植物制药

转基因动、植物是人工操作基因的产物。转基因动、植物是以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合，并能遗传给后代。1981年，第1次成功地将外源基因导入动物胚胎，创立了转基因的动物技术，1982年获得转基因小鼠，以后相继获得了转基因兔、绵羊、猪、鱼、昆虫、牛、鸡、山羊、大鼠等转基因动物。

转基因动物体系打破了自然繁殖中的种间隔离，使基因能在种系关系很远的机体间流动，它将对整个生命科学产生全局性影响。因此，在1991年第1次国际基因定位会议上，转基因动物技术被公认是遗传学中继连锁分析、体细胞遗传和基因克隆之后的第4代技术。

通过基因工程的一系列生物技术，将外源基因导入动植物合适器官，使该器官合成生物药物，其产品价廉，使用安全方便，并具有生产环境污染少等优点。

1．转基因动物可作为医用或食用蛋白的“生物反应器”　应用转基因动物，可生产活性蛋白多肽和细胞因子药物。选择哺乳动物的乳房生产活性蛋白多肽和细胞因子药物，是最合适的。因为，外源目的基因的表达局限于乳腺，较少受整个动物的影响，而且动物乳腺对蛋白质进行复杂而专一的翻译后加工过程类似于人体，从而可获取天然活性较高的产品。因此，可以将外源基因导入快速分裂的乳腺肌上皮细胞，通过家畜乳腺分泌大量安全、高效、廉价的人体药用蛋白，此项研究一直是转基因动物研究的热点。从1987年Gordon等在转基因小鼠乳汁中得到人组织型纤溶酶原激活因子，到现在已有数十种人体蛋白在家畜乳腺中表达，这些蛋白可以用于治疗人类相关疾病。目前，已有数种转基因技术生产的重组蛋白用于临床试验。应用转基因大动物生产活性蛋白多肽药物已有多种：例如从转基因山羊获得的抗凝血酶Ⅲ、来自转基因兔的α－葡萄糖苷酶、从转基因绵羊得到的α1－抗胰蛋白酶，还有磷脂蛋白、乳汁蛋白、血红蛋白等。再如，阿根廷科学家培育了3头转基因克隆牛，它们的细胞中含有人类生长激素基因。从它们的乳液中可以提取大量药用蛋白质，用以治疗儿童侏儒症。据估算，1头转基因牛就能够满足阿根廷国内对人类生长激素的需求。

2．应用转基因植物生产活性蛋白多肽和细胞因子类药物　随着对植物基因表达调控的深入研究，研究人员将外源基因转入植物，诞生了转基因植物。动物蛋白基因向植物细胞的转移，成为植物和动物间“杂交”的一种特殊形式，使我们有可能从植物中获得新材料。

应用转基因植物生产活性蛋白多肽和细胞因子药物，比用转基因动物生产有许多优点，主要为：①培养条件使植物易于成活，有利于遗传；②转化植物株系的种子易于储存，有利于重组蛋白的生产和运输；③用动物细胞生产重组蛋白可能传染动物病毒，对人类有潜在危险，而植物病毒不感染人类，比较安全。

3．应用转基因植物生产基因工程疫苗　目前，已有多种口服疫苗在转基因植物中表达成功，并且在动物和人体试验中获得了满意的结果。例如乙肝病毒疫苗、霍乱弧菌疫苗、肺结核疫苗、产肠毒素大肠杆菌疫苗、狂犬病毒疫苗、涎腺病毒疫苗、轮状病毒疫苗、麻疹病毒疫苗、呼吸道合胞病毒疫苗和龋牙疫苗等。

1990年9月，在世界儿童问题首脑会议上，儿童疫苗计划小组提出要生产一种口服全价疫苗的目标，并把香蕉作为首选的转基因植物，并且植物学家已经筹划了可用于全球免疫接种的足量香蕉，并在21世纪控制和消灭传染病的前景乐观。

应用转基因植物生产口服疫苗具有许多优点：①疫苗抗原基因转入可食用的植物后，可供直接服用或饲喂动物，不需要像传统方法（如发酵法）生产疫苗那样需要许多仪器设备，生产成本显著降低；②比传统免疫途径更有效，因为植物细胞中的疫苗抗原通过胃内的酸性环境时，可以受到细胞壁的保护，直接到达肠黏膜诱导部位，刺激黏膜和全身免疫反应，大大提高有效性；③比传统的免疫途径更安全，不需要注射器之类的设备；④易储存和分发，不需要冷藏设备。此外，转基因植物生产的口服疫苗，不仅提供了疫苗，而且提供了营养，特别是香蕉一类的水果做转基因口服疫苗，将深受儿童的喜爱。

4．通过转基因动物可以生产器官或组织移植时所需的器官和组织　人体移植器官的短缺是一个世界性难题，所以人们不得不把目光移向动物，以寻求可替代的移植器官。猪器官的体积和形状以及DNA基本与人类相似，是理想的肾、心、肝等器官供应者，但这种组织器官移植面临的主要问题是免疫排斥。解决办法有两种：一是在移植前去除受体器官的抗体，但它能迅速再生成；另一种较长久的措施是通过转基因技术，特别是基因打靶技术，向器官供体基因组敲入某种调节因子，抑制α－半乳糖抗原决定基因的表达，或敲除α－半乳糖抗原决定基因，再结合克隆技术，培育大量不含免疫排斥的转基因克隆猪的器官。遗传学研究的飞速进展使人相信，转基因动物会成为未来的器官工厂。

转基因动物的研究发展很快，但仍有许多难题有待解决，如转基因动物传代难的问题。除了技术问题以外，还涉及伦理、法律、安全性及产品如何被消费者接受等问题。

（三）利用基因工程菌制药

1．生产抗生素　应用基因工程菌改进发酵工艺是多方面的，其中效益最大的是应用基因克隆技术，把前后两步发酵菌中的有关基因克隆到一个发酵菌中，能使几步生产工艺缩短为一步，节省大量原材料、人力、设备，缩短生产周期，使生产效益成倍增长。例如头孢菌素类（β内酰胺类）抗生素中最重要的中间体7－氨基头孢烷酸（7ACA），生产过程是通过生物发酵、化学提炼制取头孢菌素C，再由头孢菌素C化学裂解或酶解成7ACA。最近，国外报道采用基因工程技术，将编码α－酰基转移酶的基因直接转入产生头孢菌素C的菌株中，使其发酵时直接产生7ACA。

2．生产基因工程疫苗　基因疫苗目前主要应用于传统疫苗无法对付的病毒性疾病和恶性疾病，如艾滋病、乙型肝炎、癌症等疾病的治疗和预防。

（1）病毒性疾病：世界上第1例基因疫苗是用于治疗艾滋病的HIV基因疫苗。1996年批准在健康人身上进行预防艾滋病的基因疫苗的I期临床试验。流感病毒不同株间保守性抗原基因疫苗，对不同株的流感病毒可产生抵抗力，以防止易变异流感病毒的免疫逃避。乙肝病毒表面抗原基因疫苗、包膜蛋白基因疫苗，均可诱发机体产生免疫应答。基因疫苗还被用于其他病毒性疾病的预防，如单纯疱疹病毒、狂犬病毒、丙肝病毒感染等。

以乙型病毒性肝炎（以下简称乙肝）疫苗为例，像其他蛋白质一样，乙肝表面抗原（HB－sAg）的产生也受DNA调控。利用基因剪切技术，用一种“基因剪刀”，将调控HBsAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中，所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来，再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等，最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBsAg（乙肝疫苗）。过去，乙肝疫苗的来源，主要是从HBV携带者的血液中分离出来的HBsAg，这种血液是不安全的，可能混有其他病原体的污染，例如其他型的肝炎病毒，特别是艾滋病病毒等。此外，血液来源也是极有限的，使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪，远不能满足需要。基因工程疫苗解决了这一难题。与上述的血源乙肝疫苗相比，基因工程生产的乙肝疫苗，取材方便，利用资源丰富的大肠杆菌或酵母菌，它们具有极强的繁殖能力，借助于高科技手段，可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。婴儿出生后，按计划实施新生儿到6个月龄内先后注射3次乙肝疫苗的免疫程序，就可获得抗体，免受乙型肝炎之害。1996年我国已有能力生产大量的基因工程乙肝疫苗，正是基于此，我们才更有信心遏制这一威胁人类健康最严重、流行最广泛的病种。这是基因工程药物对人类贡献的典型案例之一。

值得一提的是，当人或动物受到某种病毒感染时，体内会产生一种物质，它会阻止或干扰人体再次受到病毒感染，故人们把此种物质称为干扰素。干扰素具有广谱抗病毒的效能，是一种治疗乙肝的有效药物，也是国际上批准治疗丙型病毒性肝炎的惟一药物。但是，通常情况下，人体内干扰素基因处于“睡眠”状态，因而血中一般测不到干扰素。只有在发生病毒感染或受到干扰素诱导物的诱导时，人体内的干扰素基因才会“苏醒”，开始产生干扰素，但其数量微乎其微。即使经过诱导，从人血中提取1mg干扰素，需要人血8 000ml，其成本高得惊人。使大多数患者没有使用干扰素的能力。1980年后，干扰素与乙肝疫苗一样，采用基因工程进行生产，使其生产成本大大降低。基因工程生产的大量干扰素，是基因工程药物对人类的又一重大贡献。

（2）癌症：可用癌胚抗原基因疫苗，诱导细胞毒性T淋巴细胞反应，来治疗癌症。

（3）免疫调节：在注射针对疾病的基因疫苗的同时，注射编码细胞因子或辅助因子的基因疫苗，有助于增强免疫应答，调节免疫反应方向或免疫反应类型。

现在，还有一个引起大家注意的问题就是，许多过去被征服的传染病，由于细菌产生了耐药性，又卷土重来。其中，最值得引起注意的是结核病。据世界卫生组织报道，现已出现全球肺结核病危机，本来即将被消灭的结核病又死灰复燃，而且出现了多种耐药结核菌株。科学家还指出，在今后的一段时间里，会有数以百计的感染细菌性疾病的人将无药可治，同时病毒性疾病日益增多，防不胜防。与此同时，科学家们也探索了对付这些疾病的办法，他们在人体、昆虫和植物种子中，找到一些小分子的抗微生物多肽，它们的分子量小，仅有30多个氨基酸组成，具有强烈的广谱杀伤病原微生物的活力，对细菌、病菌、真菌等病原微生物能产生较强的杀伤作用，若将这些具有治疗作用的多肽相关基因提取或制备成目的基因，利用基因重组技术，有可能生产出新一代的“超级抗生素”。除了用它来开发新的抗生素外，这类小分子多肽还可以在农业上用于培育抗病作物的新品种。