细胞内的制药厂

4细胞内的制药厂——基因工程制药

20世纪70年代，由于揭示了遗传现象的本质和蛋白质合成的奥秘，极大地鼓舞了人们去探索更为神秘的领域——人工合成生命物质。世界各国不惜投入巨资，动员第一流的科学家和工程技术人员投入这场困难重重而又激动人心的战斗。不久，科学家们便实现了用基因工程技术制造多肽和蛋白质类物质。所谓基因工程，又称DNA重组技术，其基本原理是将某种生物细胞中的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行切割，并和一种生物运载工具（载体）粘连，再引入到另一种生物细胞（宿主）内，使那种细胞发生定向的变化，让它制造出人们需要的物质。用基因工程技术制药就相当于使宿主细胞成为生产药物的工厂。

1978年9月，美国科学家向全世界人民展现了利用遗传工程解决实际问题的第一个辉煌成果。在奇特的“制药厂”——大肠杆菌里生产出人胰岛素。据统计，美国有550万左右的人患有糖尿病，全球有1亿之多。单靠从猪、牛胰脏中提取胰岛素供病者治疗，则一头牛的胰脏制品，仅够一个患者用药7天，要得到3～4克胰岛素，就得从数百头猪的胰脏中提取，药源紧张，价格昂贵，而且还有副作用。美国科学家把人工合成的人胰岛素基因移植到大肠杆菌细胞中，使其成为菌体内的新基因，结果生产出人胰岛素来。这一成果，使胰岛素的产量大为提高，成本大大降低。

之后，科学家们又用基因工程技术制造了乙肝疫苗。先从乙型肝炎病者身上抽取血液，从中分离出乙肝病毒，并将其捣碎，取出表层的遗传物质（DNA，表面抗原），用一种特制的“微型剪刀”（限制性内切酶），将DNA剪成一个个小片段，然后，再用一种特种“糨糊”（DNA连接酶），把剪下的小片段，粘贴到有一小块小缺损的“运载轿车”（可以是噬菌体或是质粒，事先经过切割，造成缺损）上，重新组合成一辆完美的“轿车”，最后将其驶入大肠杆菌内，并贮留在那里。随着大肠杆菌的生长繁殖，在大肠杆菌体内的乙肝病毒基因也同时合成新的乙肝病毒表面抗原物质来，对这些产物加以提取和处理，做成疫苗就可以用于预防乙型肝炎的发生。

用大肠杆菌可以制造多种蛋白质，有些已作为商品出售，例如胰岛素、人生长因子、胰岛素样生长因子和白细胞介素-1等。但是用大肠杆菌作为“制药基地”（宿主细胞）仍存在一些问题，主要是生成的重组分子虽有正确的一级结构，但很难得到二级和三级蛋白质结构。

酵母与大肠杆菌相比，工业规模制造重组蛋白质有许多优点，主要是因为对面包酵母菌的大规模发酵技术有丰富的经验；多数酵母不产生毒素，而一些革兰阴性菌的细胞壁中含有类毒素；酵母菌还可以把生产出的蛋白质分泌到介质中，革兰阳性菌如杆菌和霉菌虽可以分泌蛋白质，但大多数革兰阴性菌无分泌功能；酵母分泌出的多肽分子一般有正确的折叠方式，即具有二级乃至三级蛋白质结构，而大肠杆菌制造的蛋白质往往与天然的构象不同。现在用酵母已成功地制备了上皮生长因子、胰岛素类似物等。

许多具有药用价值的蛋白质通常比微生物产生的多肽要复杂得多。用微生物制造出的药用蛋白与真正的人体蛋白的活性略有差别，是否适于药用，主要问题是这类“外来”蛋白质作为免疫抗原会引起副作用。解决这个问题只能靠开发新的“制药基地”——哺乳动物细胞株，例如啮齿类或人细胞株。

近年来用所谓的转基因动物制造蛋白质，这是基因工程制药的另一种方法。最常用的转基因动物是小鼠，也可以用绵羊。用这些转基因动物作为产生多肽的系统，具有组织特异性的特点。这种组织特异性表达具有重要意义：产生的生物活性物质可以存贮于对动物无损伤的部位，从制造的观点使化合物浓集，易于分离。用转基因动物成功表达的蛋白质有组织纤维蛋白酶原激活剂（小鼠），抗胰蛋白酶和凝血因子IX（绵羊）。这个方法的前景主要取决于公众舆论对从奶中分离纯化所需的蛋白质以及用动物作为生产系统是否能够接受。

利用基因工程技术获得新的微生物的活性物质或进行菌种改良受到各大制药公司重视，不吝投入巨资进行研究。由于微生物次级代谢产物合成途径中有些酶的底物特异性不强，因此将二种合成途径相近似的抗生素生物合成基因进行重组，使之合成与二亲株的产物不同的所谓“杂交”抗生素，是迄今获得基因工程抗生素的主要途径。最近报道，用靶基因阻断技术将红霉素生物合成的6-羟基化酶基因阻断，获得了新的衍生物6-去氧红霉素，为用基因工程技术获得新的活性物质提供了另一条新的途径。

近些年来的研究表明，诱发突变，原生质体融合和外源基因的克隆都可能使放线菌产生其本来不能产生的活性物质，国内外都有成功的报道，认为是未表达的沉默基因被活化而得以表达的结果。尽管对其机制尚了解不多，但作为开发微生物资源的一条新途径亦颇引人注意。