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基因工程药物
周长征
第一部分 概述
一、 基因工程药物
( 一) 基因工程药物的概念
基因工程药物是以基因组学研究中发现的功能性基因或基因的产物为起始材料, 经过生物学、 分子生物学或生物化学、 生物工程等相应技术制成的、 并以相应分析技术控制中间产物和成品质量的生物活性物质产品, 临床上可用于某些疾病的 诊断和治疗。基因药物类型广泛, 包括重组蛋白质药物、 人源化单克隆抗体、 基因治疗药物、 重组蛋白质疫苗、 核酸药物等10多种类型。
生产基因工程药物的基本方法是: 将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上, 然后将载体导入靶细胞( 微生物、 哺乳动物细胞或人体组织靶细胞) , 使目的基因在靶细胞中得到表示, 最后将表示的目的蛋白质提纯及做成制剂, 从而成为蛋白类药物或疫苗。若目的基因直接在人体组织靶细胞内表示, 就称为基因治疗。
例如, 乙肝表面抗原( HBSAg) 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, 装到一个表示载体中( 所谓表示载体, 是因为它能够把这段DNA的功能发挥出来) 再把这种表示载体转移到受体细胞内, 如大肠杆菌或酵母菌等; 最后再经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) 。把一定量的HBSAg注射入人体, 就使机体产生对 HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体, 能够清除入侵机体内的HBV。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, 可能混有其它病原体的污染。另外, 血液来源也是极有限的, 使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪, 远不能满足全国的需要。基因工程疫苗解决了这一难题。
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, 国际上批准唯一一种治疗丙型病毒性肝炎的药物。一般情况下人体内干扰素基因处于休眠状态, 血中一般检测不到。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8000ml, 其成本高得惊人。获取1磅( 453g) 纯干扰素, 其成本高达200亿美元。1980年后, 采用基因工程进行生产, 其基本原理及操作流程与乙肝疫苗十分类似。现在要获取1磅纯干扰素, 其成本不到1亿美元。
( 二) 基因工程药物的发展
1973年, Cohen等人首次将带有Tetr基因和链霉素抗性基因( Strr) 的两种大肠杆菌质粒成功地进行了重组, 获得了能够复制并只有双亲质粒遗传信息的重组质粒, 拉开了基因工程研究的序幕。1974年她们对具有Ampr和红霉素抗性基因( Empr) 的金黄色葡萄球菌质粒和大肠杆菌质粒进行了重组, 重组质粒在转化至大肠杆菌后, 能够复制并表示出金黄色葡萄球菌的抗青霉素抗性。同年她们又使非洲爪蟾的基因在大肠杆菌中成功地获得表示, 从此定向改造生物的崭新领域—基因工程正式诞生。
1976年世界第一家应用DNA重组技术研制新药的公司—美国Genentech公司成立, 开创了基因工程制药的新纪元。1982年欧洲首先批推DNA重组的动物疫苗—抗球虫病疫苗的生产和使用; 同年英国和美国批准生产和使用了第一个基因药物—人胰岛素, 美国Eli-lilly公司从Genentch公司转让获得了生产基因工程胰岛素的权利, 同时Novo和Biogen S.A( 瑞士) 也获得了生产该产品的权利, 自此世界范围内基因药物的研制和生产得到了飞速发展。
从20世纪70年代发展起来的基因工程技术在短短的30多年中己成为生物技术的核心技术。当前基因工程技术及其应用已进入了人类生活的各个领域, 包括工业、 农业、 环境、 能源和医药卫生等诸多领域, 而以基因工程药物为代表的医药生物技术则是生物技术领域最为活跃、 发展最为迅速的部分。随着生物技术的快速发展, 基因工程药物发展前景将会越来越广阔。
当前, 全球上市的基因工程药物有140多种, 有1700多种还处于临床研究阶段, 2600多种在实验室研究阶段。其中促红细胞生成素、 人重组胰岛素、 人重组干扰素、 乙肝疫苗、 葡萄脑苷酯酶、 生长激素等每年销售额都在5000万美元以上, 仅促红细胞生成素1个药销售额就达到32.7亿美元。
美国的Eli-Lilly公司又提出了生物技术在医药上的更大应用, 这是在新药研究筛选方法上的革命, 即用基因工程受体实验代替传统的动物实验, 所有这一切都表明了医药产业的技术基础正在发生战略性的变革。世界各大医药企业已瞅准目标, 纷纷投入巨资围绕以现代生物技术为核心的产品和技术结构开拓, 展开了面向21世纪的空前激烈的竞争。
中国生物工程药物研究虽起步较晚, 基础较差, 但一开始就受到党和国家的高度重视。为跟踪世界新技术革命迅猛发展的浪潮, 1986年3月中国一批著名科学家倡导起草了”高技术研究计划”—”863计划”, 并将现代生物技术列为”863计划”最优先发展的项目和国家”七五”, ”八五”攻关项目。经过广大科技工作者的艰苦努力, 已取得了鼓舞人心的进展, 一批基因工程产品的上游研究正在努力展开; 一些产品正逐步进入开发研究阶段, 不少产品已步入临床试验阶段或已获新药证书, 进入工业化生产。这一领域发展迅速, 逐步缩短了与先进 国家的差距。
1989年中国批准了第一个在中国生产的基因工程药物—重组人干扰素 αlb, 标志着中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中国人基因克隆和表示的基因工程药物, 也是到当前为止唯一的一个中国自主研制成功的拥有自主知识产权的基因工程一类新药。从此以后, 中国基因工程制药产业从无到有, 不断发展壮大。1998年中国基因工程制药产业销售额已达到了72亿元。截止1998年底, 中国已批准上市的基因工程药物和疫苗产品共计15 种, 它们是: 一类新药重组人干扰素 α1b、 一类新药重组 bFGF( 外用) 、 重组人表皮生长因子( 外用) 、 重组人干扰素 α2a、 重组人干扰素 α2b、 重组人干扰素 γ、 重组人白细胞介素-2、 重组人G-CSF、 重组人GM-CSF、 重组人红细胞生成素、 重组链激酶、 重组人胰岛素、 重组人生长激素、 重组乙肝疫苗、 痢疾菌苗。国内已有30余家生物制药企业取得基因工程药物或疫苗试生产或正式生产批准文号。 至 , 中国已有200多家生物技术公司, 有20多家生产销售人干扰素、 白细胞介素、 乙肝疫苗等12种基因工程药物。
中国生物制品需求巨大, 过去的几年中国企业一直能保持年均15％以上增幅, 而且近年来销售的增长速度有加快的趋势。据统计, 国内生物制品销售收入总额为157.4亿元人民币, 销售利润总额为38.7亿元人民币。预计到 总产值可达1100亿到1300亿元。 中国的生物制药业将进入一个快速发展的阶段, 生物医药工业将成为医药产业增长最快的部分。当前, 中国许多省市已将生物制药作为本地的支柱产业重点扶持。一大批生物医药科技园相继在各地高新技术开发区建成。面对入世带给中国生物制药业的挑战和机遇, 专家们预测, 在未来若干年, 中国的生物制药业将以超过全球平均增长的速度步入高速发展轨道, 前景十分广阔。
( 三) 基因工程药物产业的特点
1、 高技术
生物制药是一种知识密集、 技术含量高、 多学科高度综合相互渗透的新兴产业。以基因工程为例, 上游技术涉及基因的合成、 纯化与测序、 基因的克隆与导入、 工程菌的培养与筛选等; 下游技术涉及发酵工程、 目标蛋白的纯化及工艺放大, 产品的质量检测和保证, 制剂的选择和贮藏。以上还不包括药物的筛选和机制研究。
2、 高投入
生物医药是一个投入相当大的产业, 主要用于新产品的研究开发和医药厂房的建造和各种仪器设备的配置方面, 当前国外开发一个新的生物药品平均费用在10～30亿美元, 并随新药开发的难度增加而增加, 有的高达60亿美元。雄厚的资金是开发成功的必要保障。
3、 周期长
生物药品从开始研制到最终转化为产品要经过很多环节, 实验室研究阶段、 试生产阶段、 临床研究阶段(Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ期)、 规模化生产阶段、 市场商品化阶段以及监督, 每个环节都要经过严格复杂的药政审批程序, 而且产品培养和市场开发较难, 因此开发一种新药周期较长, 一般需要8～ , 甚至 以上。
4、 高风险
生物医药的开发存在较大的不确定性风险, 新药的投资从生物筛选、 药理、 毒理等临床前实验, 制剂处方确定性实验, 生物利用度测试, 直到用于人体的临床实验, 以及注册上市和售后监督, 一系列的步骤, 可谓耗资巨大的系统工程, 任何一个环节的失败都将前功尽弃。一般来讲, 一个基因工程药品的成功率仅有5～10% , 时间要8～ , 另外市场竞争的风险也在日益加剧。
5、 高回报
巨大风险背后蕴藏着高额的回报, 生物工程药物的回报率都很高, 一种新生物药品一般上市后2～3年即可回收全部投资。特别是拥有新产品、 专利产品的企业, 一旦开发成功便形成技术垄断优势, 利润回报高达10倍以上。美国Amgen公司1989年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200亿美元, 生物药品一旦开发成功投放市场将获暴利。
( 四) 基因工程药物研制和利用存在的问题
基因工程药物的研究与开发, 发展最快和最活跃, 同时, 也存在着争议。争论的焦点主要集中在基因工程药物的安全性及相关的伦理学问题。
1、 重组DNA试验过程中的隐患
实验室重组DNA操作的对象主要是病毒、 细菌及实验动植物。这些试验材料的致病性、 抗药性、 转移能力及其生态效应千差万别, 一旦在策划和操作上发生意外, 后果不堪设想。实验室重组DNA试验过程中的潜在危害主要有两个方面: 病原体特别是重组病原体对操作者所造成的污染; 病原体或带有重组DNA的载体及受体逃逸出实验室, 对自然与社会环境造成污染。
2、 基因工程药物产业化的潜在危险
大规模基因工程药物的工业化生产涉及的安全性问题比重组DNA试验更复杂。主要包括: 病原体及其代谢产物经过接触可能使人或其它生物被感染; 产品对人或其它生物的毒性、 致敏性或其它尚不预知的生物学反应; 小规模试验的情况下原本是安全的供体、 载体、 受体等实验材料在大规模生产时完全有可能产生对人和其它生物及其生存环境的危害; 在短期研究和开发利用期间内是安全的基因工程药物很可能在长期使用后产生无法预料的危害。后两种情况一旦发生, 将会是不可逆的。
3、 基因工程疫苗的安全性
有些病毒具有导致靶组织损伤的基因, 如肝炎病毒亲肝基因, 决不能用于重组活疫苗的研制。该种基因可能使原本无害的微生物变得极其危险。另外, 质粒DNA疫苗的安全性问题有: 注入体内的质粒DNA可能会导致插入突变, 从而引起肿瘤基因的活化; 由于对接种所用DNA表示抗原的持续时间尚不甚了解, 外源蛋白的长期表示有可能导致免疫病理反应; 为提高免疫力而联合使用多种基因也可能导致免疫病理反应; 接种质粒DNA时, 可能导致宿主体内高水平抗DNA抗体, 并诱发异常的自身免疫应答; 体内合成的抗原可能会有不必要的生物学活性。
4、 基因治疗的安全性
基因治疗虽然不同于基因工程药物治疗, 但从基因治疗的实际效果看, 它是经过转入体内的基因产生特定的功能分子( 如细胞因子) 而起作用, 这相当于向人体导入一个具有治疗作用的给药系统, 因此, 可将导入的基因看作广义的基因药物。基因治疗的安全性问题主要有: 逆转录病毒载体转入缩主后可能产生插入突变, 从而使细胞生长调控异常或发生肿瘤变; 导入的目的基因一般不具有表示调控系统, 故导入基因的表示水平高低可能会影响机体的一些生理活动; 经逆转录病毒—包装细胞系产生的带有目的基因的假病毒颗粒导入受体细胞的同时, 也有将其污染的潜在危险。
5、 基因工程药物与生态环境
经过重组DNA技术, 人们已经能将动植物和微生物的基因引入各种生物的细胞中, 甚至还能够人工合成一些自然界中原本不存在的基因。然而, 在基因工程药物的研制过程中, 那些经过重组而携带各种外源基因的生物体, 一旦逃逸到环境中, 将会引起生态系统的结构发生改变, 从而打破其在长期进化过程中所形成的平衡体系。例如, 转抗性基因生物的逃逸会因其竞争力的增强而使该物种过量繁殖, 这将会使与之有竞争关系的其它物种更快的灭绝, 从而破坏物种的多样性。如果重组DNA过程所用的病原体一旦逃逸到到环境中, 便会直接危害自然界中的生物。另外, 人们还担心用于人类疾病治疗的基因工程药物是否会对人类以外的非目标生物产生危害。
6、 关于基因工程药物引起的社会伦理问题
基因工程引发的的社会伦理问题主要包括: 资金、 资源和人力的巨大消耗甚至浪费。当前, 全球生物技术制药业已表现出过热趋势。有研究表明, 人们对基因工程药物的需求虽然迫切但用量却极少。为此, 社会伦理学家认为, 如此巨大的投资如用于疾病的常规防治上, 其社会效益会更大; 基因工程药物的价格虽已大幅度下降, 但仍非一般公众所能长期承受。这种医疗资源和资金不公平的分配, 将加重社会的不平等现象并增加其不稳定因素; 一般公众对基因工程药物知之甚少, 在使用时基本上处于被动, 这明显违背了医学伦理学上的”知情同意”原则; 接受基因工程药物者首先要将自己的”遗传隐私”公布于医生, 人们担心由此而导致的个人信息公开化将会对自己在求职、 婚姻、 保险甚至人际交往方面产生不利的影响。
7、 基因工程药物与国际安全
在全球恐怖活动日益猖獗的今天, 人们最担心的就是生化武器的扩散。有专家指出, 只要20平方米的空间, 1万美元的资金, 就能够建立一座一流的生物武器库。生物武器研制技术已不存在什么秘密, 利用重组DNA技术能够使许多疫苗和抗菌素失去作用。当前已经生产出了新型、 高效传染性病毒, 用毒素基因与流感病毒基因拼接的新生物毒素已能够大量生产。如果让那些在心理和行为上失控的恐怖分子掌握了生产生物武器的技术, 任何反恐力量将会变得十分脆弱, 世界安全将无法保障。
8、 基因工程药物对生物进化的影响
如果重组DNA技术以与自然进化过程中相近的频率引发插入突变的话, 则不会对人类及其它生物产生什么异常的影响, 但事实上, 当前重组DNA技术所造成的基因改变频率已经数以千百倍的超过自然突变发生的频率。这对于经过数百万年甚至更长时间进化所形成的人类遗传体系来说, 很可能会产生灾难性的影响。由漫长进化所形成的人类肌体根本无法适应基因这种频繁重组所引起的生物学效应。对此, 其它生物物种的反应也是相同的。
二、 基因治疗药物
随着生命科学的进步, 用基因治疗疾病在上世90年代迈出了第一步。1990年5月, 美国批准世界上第一例基因治疗临床试验。1996年以来, 美国用基因治疗方法, 一次注射, 可带来长久的疗效或根治。用蛋白质( 血管内皮生长因子) VEGF治疗冠心病、 心肌缺血, II期临床完成后确认疗效不好。然而, 用重组腺病毒—VEGF进行基因治疗, 临床试验证明只l～2次注射后, 冠脉血管再生。许多疾病是局部组织器官结构和功能障碍, 基因治疗能够达到局部患病, 局部用药。
基因冶疗的优势将对医疗方式做出重大改变。迄今十多年间, 世界各国已提出近700个临床方案, 各种病例数超过6000个。研究人员尝试用基因治疗恶性肿瘤、 心血管疾病等严重威胁人类健康的疾病。
基因和细胞疗法作为一种全新的医疗手段日益引起人们的重视, 特别对于那些不能使用传统医疗手段彻底治愈的疾病, 如帕金森病、 糖尿病、 血友病、 乙肝、 肿瘤和艾滋病等。当前使用的基因疗法载体主要包括病毒类和非病毒类两种。一般来说, 病毒类载体在表示强度和时空性方面比非病毒类载体优越, 可是其安全性则有赖于进一步改进和提高。
基因治疗药物主要有两大部分, 一为目标基因, 或是经修饰过的目标基因; 一为运载系统, 即是能将目标基因运载到靶细胞进行表示的系统。
( 一) 目标基因
目标基因是基因治疗的主要部分, 经过目标基因进入靶细胞以改变痛变的生化过程, 从而达到治疗疾病的目的。用于治疗的目标基因大致有如下类型。
( 1) 基因取代, 即用正常基因取代缺失的基因或病变基因, 这种目标基因已用在遗传病的基因治疗上;
( 2) 干扰病变基因表示的基因; 如在肿瘤治疗中, 由于正常基因组中含有致肿瘤基因及肿瘤抑制基因, 用肿瘤抑崩基因来抑制肿瘤的发展已有了开发;
( 3) 提高机体对疾病免疫能力的基因; 插入活化药物的基因; 核酸疫苗; 反义核酸和核酸酶, 反义核酸药物能够靶向核酸如病毒核酸配对杂交, 由于反义药物中核酸序列中的特异排列使病毒不能再繁殖, 从而达到治疗的目的。随着人类基因及有关人类疾病基因的阐明, 基因畸变与疾病的关系将进一步在诊断及治疗上提供有用的信息与方法。现基因治疗的目标基因已不但限于遗传病、 肿瘤及爱滋病方面, 有报导已开展了关节炎治疗方面研究。
( 二) 基因运载系统
病毒能够高效率地进入特定的细胞类型, 复制所携带DNA 并表示自身蛋白产生新的病毒粒子, 因此首先被改造作为基因治疗的载体。
一个好的目标基因需要有好的载体才能进入有疾病的细胞中去, 达到治疗的目的。基因载体有经过处理的病毒外壳作为载体及非病毒载体两大类。
据统计, 当前已经采用基因治疗的病例中, 约有80%所选用的是病毒载体, 如逆转录病毒、 腺病毒、 单纯疱疹病毒、 腺病毒相关病毒以及痘病毒等。虽然病毒作为基因运送载体已经使用很多, 但依然存在着危险性, 如免疫原性和病毒性重组等安全性问题。另外, 病毒载体自身容量有限, 制备滴度不高, 病毒载体基因治疗药物的注射剂一般需要高滴度载体, 即达到108感染个体／毫升。1999年出现首例因使用腺病毒载体而致病人死亡的事件发生后美国许多科研机构已停止使用病毒类载体, 重点转向非病毒类载体研究。
理想的非病毒载体需要满足以下条件: 保护DNA不被细胞外DNA降解酶的降解; 携带DNA穿透细胞膜; 保护DNA在进入核前不被细胞内容酶体和酶等降解; 能有效将有活性的基因插入目的区; 可生物降解, 从细胞中消除; 无细胞毒性等。
非病毒载体与之相比虽然转染效率有限, 可是具有无传染性、 不限制载体容量、 化学结构可控制以及可大量制备等优点而越来越受到研究者的青睐。
非病毒载体有的是以磷脂包裹基因, 以帮助基因进入细胞内; 也有的是以直流电击的方式帮助基因进入的。用非病毒载体引入的基因一般会很快被细胞清除出去, 一般只能在细胞内存在几天到一周。
当前, 非病毒载体主要包括改性的天然高分子和合成高分子两大类。改性天然高分子主要是脂质类( 如固醇类) 、 多糖类( 如壳多糖、 右旋糖苷和藻酸等) 、 蛋白质类( 如胶原蛋白、 鱼精蛋白等) 以及多肽类的物质。合成高分子则主要是一些能够生物降解的( 如聚赖氨酸、 聚乳酸、 聚乙烯醇及其嵌段或接枝共聚物等) 、 聚阳离子性的高分子( 聚乙烯亚胺、 聚酰胺树枝状高分子等) 充当运送载体, 分别以微球、 囊泡或胶束等形式包覆DNA, 运送到达病理部位后进行释放。
第二部分 基因工程药物的研究现状
基因工程药物因为其疗效好, 副作用小, 应用范围广泛而成为各国政府和企业投资研究开发的热点领域, 大量的基因工程药品连续问世, 年产值达数十亿美元。自1982年问世以来, 基因工程药物成为制药行业的一支奇兵, 每年平均有3～4个新药或疫苗问世, 开发成功的约五十多个药品已广泛应用于治疗肿瘤、 肝炎、 发育不良、 糖尿病、 囊纤维变性和一些遗传病上, 在很多领域特别是疑难病症上, 起到了传统化学药物难以达到的作用。其原因在于, 基因工程药物的研究与开发多是以对疾病的分子水平上的了解为基础的, 往往会产生意想不到的高疗效。
基因工程制造药行业在近二十年中的飞速发展是以分子遗传、 分子生物、 分子病理、 生物物理等基础学科的突破, 以及基因工程、 细胞工程、 发酵工程、 酶工程和蛋白质工程等基础工程学科的高速进展为后盾的。基因工程药物的开发时间为5～7年, 比开发新化学单体( 10- ) 要短一些, 当然这也与各国政府的支持有关。据报道, 开发活性蛋白生物创新药的成功率按开发的5个阶段大致是: 临床前的成功率为15%, 一期临床为27%, 二期临床为40%, 三期临床为80%, 注册登记为90%, 总体成功率大大高于化学药。适应症不断延伸也是蛋白类药物的一大特点。例如rhG-CSF, 1991年上市时批准的适应症是化疗并发中性粒细胞减少, 到1995年11月13日止, 又增加了骨髓移植, 严重慢性中性粒细胞减少及外周及外周血干细胞移植等适应症。因此, 基因工程生物药物发展包括新品种和新适应症两个方面。
随着基因工程药物的发展, 转基因技术研究的深入, 转基因技术在制药业中具有广阔的发展前景, 中国的基因制药行业已初具规模。随着后基因组时代的逐步深入, 生物反应器、 反义核酸技术、 RNAi技术和siRNA等基因技术的不断完善, 采用小分子干扰手段进行基因治疗极具发展潜力. 使用现代生物学、 医学、 药学最先进的技术设备和方法生产基因工程药物, 治疗遗传疾病和肿瘤等病症引起了全世界更多研究者的高度重视。
发展和完善生物药物制剂、 大分子药物吸收、 转运机理研究和给药系统研究、 代谢工程—组合生物学与新药研发、 糖生物学和糖基化工程与新药研究等成为最热门的研究热点。基因工程药物的生物机理和传导机制及生物信息组学和代谢功能的研究受到了高度关注, 而且, 生物信息学和功能基因组学, 特别是蛋白质组学、 药物基因组学与基因药物研究发展关系十分密切。DNA芯片技术、 构建生物分子库以研制新药、 定点突变、 DNA洗牌技术和计算机辅助新蛋白质设计等基因工程药物技术的发展前景广阔, 医学应用价值深远。
基因工程药物当前的研究方向是经过关键技术的突破性研究, 研发具有自主知识产权, 对治疗人类重大疾病能够产生确切的疗效, 毒副作用较小, 能够进行大型规模化生产, 质量较为稳定的、 功能可控的基因工程药物, 而且在原有基因工程药物的基础上, 开发系列制剂, 满足不同患者的需求, 扩大临床治疗效果和应用范围。
第三部分 基因工程药物的临床应用
基因治疗药物的生产是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质, 然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来, 经过系列操作后将基因放入能够大量生产的受体细胞, 如细菌、 酵母菌、 动物或动物细胞、 植物或植物细胞中去, 在受体细胞不断繁殖过程中, 大规模地生产具有预防和治疗这种疾病的蛋白质, 即基因疫苗和药物。
中国是世界首个基因治疗药物的诞生地, l0月16日, 重组人p53腺病毒注射液经国家食品药品监督管理局批准, 获得新药证书。 1月20日, 经批准获得准字号生产批文。
国外现有的基因药物, 国内大部分也能生产, 中国当前生产的常见于临床的基因工程药物主要有:
干扰素α类: 它是以白细胞为来源的干扰素基因克隆和表示的基因工程药物, 包括α-1b、 α-2a、 α-2b, 是国内外公认的抗炎药物。如与抗病毒药物合用, 能够提高其疗效, 还可用于各种病毒性疾患、 多种肿瘤、 艾滋病的治疗。
干扰素γ类: 其来源于类淋巴细胞, 是一种免疫调节剂, 具有抗肿瘤、 抗病毒、 调节和增强机体免疫功能的作用, 广泛用于肿瘤, 如肝细胞瘤、 肺肿瘤、 卵巢子宫肿瘤、 肾细胞肿瘤、 白血病、 恶性黑色素细胞肿瘤等, 以及免疫性疾病, 如类风湿性关节炎、 特应性皮炎、 系统性硬皮病、 瘢痕疙瘩等。
白细胞介素-2: 它是由淋巴细胞产生的糖蛋白, 用重组技术生产的IL-2与天然的生物活性相同。其参与免疫反应, 调节T淋巴细胞生长与分化, 刺激T淋巴细胞、 NK细胞及LAK细胞的增殖, 增强B淋巴细胞的增殖和抗体的分泌, 诱导γ-干扰素的分泌, 能够增强机体免疫能力, 提高化疗的疗效, 对肿瘤转移和复发有一定的预防作用。
粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子: 它是用重组基因工程技术产生的非糖基化酸性蛋白。可促进造血分化, 增殖, 刺激粒、 单核巨噬细胞成熟、 释放, 增强白细胞的多种功能, 以增强机体抗病毒、 抗细菌及抗肿瘤的能力。用于防治多种原因引起的白细胞减少症, 如再生障碍性贫血, 化疗、 放疗引起的白细胞减少; 骨髓移植及骨髓异常增生综合征; 与干扰素并用治疗病毒性肝炎、 艾滋病; 与白介素并用治疗恶性肿瘤等。
表皮生长因子: 它可用于角膜损伤及角膜移植、 严重烧伤及患十二指肠溃疡的病人。
链激酶: 其为β溶血性链球菌产生的非酶蛋白质, 可间接激活纤溶酶原, 使之转为具有活性的纤溶酶, 使纤维蛋白分解为纤维蛋白降解产物, 将已形成的血栓溶解后清除。用于静脉溶栓和冠脉溶栓。
乙肝疫苗: 由重组酵母培养表示的乙型肝炎表面抗原(HBsAg)经纯化、 灭活及佐剂吸附后制成的基因工程乙肝疫苗, 主要用于婴幼儿及易感者预防乙型肝炎, 免疫力可维持3～5年。
成纤维细胞生长因子: 它可用于创口修复、 间歇性外周血管疾病。
红细胞生长素: 它可用于肾性贫血、 恶性贫血、 肿瘤化疗引起的贫血。
胰岛素: 其由二条肽链经两个二硫链相连, α链含21个氨基酸, 而β链含DNA技术人工合成人胰岛素及人胰岛素原, 以降低抗原性, 并经过化学方法延长胰岛素的作用时间, 制成各种不同制剂以供临床选用, 用于治疗糖尿病。
人生长激素: 经过细菌基因重组DNA技术人工合成人生长激素, 用于治疗生长激素缺乏性侏儒症与儿童矮小, 以及与艾滋病有关的分解代谢性消瘦。
粒细胞集落刺激因子: 与粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子相同, 用重组DNA技术制成。能促进中性粒细胞前体分化、 增殖, 促进中性粒细胞自骨髓释放入血, 并能增强成熟中性粒细胞的功能。用于促进骨髓移植后中性粒细胞计数升高, 急性白血病、 恶性淋巴瘤及其它恶性肿瘤化疗引起的中性粒细胞减少症, 骨髓增生异常综合征及再生障碍性贫血伴发的中性粒细胞减少症, 先天性、 特发性中性粒细胞减少症。
当前, 中国自行开发的株胸甘激酶基因工程化细胞制剂、 细胞免疫治疗等技术和制剂, 应用于肝肿瘤、 肺肿瘤、 胃肿瘤、 宫颈肿瘤、 乳腺肿瘤等疾病, 均具有良好的临床疗效。
( 一) 肿瘤的基因疗法
肿瘤是当前严重威胁人类生命的疾病, 每年因肿瘤而得不到有效治疗以及因放疗、 化疗的毒副作用而死亡的病人非常多, 导致其成为各种疾病的主要致死病因。当前肿瘤治疗普遍缺乏特异的、 有效的药物和有效的给药途径, 极大地阻碍了病人的治疗。国际上对肿瘤的治疗进行了多方面的探索, 目的在于克服临床上应用的放疗、 化疗药物选择性低、 对病人具有强烈的毒副作用的致命弱点, 取得一些进展, 但大多停留在临床初期试验阶段。
中国占世界人口的1/4, 是肿瘤的高发地区。近年来, 随着人们生活方式的变化, 空气、 水和环境的污染, 中国和亚洲的肿瘤发病率有增无减, 尽管人们积极努力地寻找新的更加有效的治疗方法, 但肿瘤病人的存活率仍没有根本的改进。
肿瘤的发生与原癌基因的激活, 抑癌基因的失活, 以及细胞凋亡因子相关基因的变异有关, 故我们能够人为的恢复这些基因变异造成的后果, 使细胞生长恢复正常而治疗肿瘤。P53基因家族是一个巨大抑癌基因家族, 控制细胞凋亡, 在肿瘤细胞中频繁发现它发生了突变, 临床前实验研究表明p53基因的导入能够调控细胞周期, 诱导细胞凋亡, 及抗血管生成, 从而有可能成为肿瘤治疗的有用基因。
自1995年开始利用p53基因药物用于临床实验, 直到 , 研究发现p53基因制品能够对二十多种肿瘤治疗有作用, 如头颈癌, 肺癌, 卵巢癌等。生长因子, 受体, 自杀基因, 细胞因子等也是基因治疗药物的常见治疗基因。
基因药物从抗肿瘤的生物治疗剂量人手, 当前集中在研制能特异性杀死肿瘤细胞而不损伤正常细胞的制剂。该制剂是一种与传统化疗药物作用机理完全不同的新型抗肿瘤剂, 是理想的治疗药物。
国际上基因药物在肿瘤治疗的应用主要采用以下手段: 免疫疗法; 自杀型基因疗法; 诱导肿瘤细胞的凋亡而导致肿瘤的萎缩, 但对正常细胞不产生杀伤作用; 突变基因的修饰; 抗血管生成因子。
1、 免疫疗法
肿瘤的免疫疗法, 是经过基因治疗手段, 将细胞因子或肿瘤特异性抗原基因导入机体, 诱导机体产生特异的抗肿瘤免疫应答, 增强效应细胞对肿瘤细胞的识别能力而发挥抗肿瘤作用的技术。
肿瘤细胞免疫治疗是一种新兴的、 具有显著疗效的肿瘤治疗模式, 是一种自身免疫抗肿瘤的新型治疗方法。它是运用生物技术和生物制剂对从病人体内采集的免疫细胞进行体外培养和扩增后回输到病人体内的方法, 免疫疗法可增强机体自身免疫功能, 从而达到治疗肿瘤的目的。肿瘤细胞免疫疗法是继手术、 放疗和化疗之后的第四大肿瘤治疗技术。
免疫系统是人体的防御体系, 一方面发挥着清除细菌、 病毒、 外来异物的功能, 另一方面消除体内衰老细胞以及发生突变的细胞( 有的突变细胞会变成肿瘤细胞) 。机体免疫系统和肿瘤细胞相互作用的结果决定了肿瘤的最终演变。对于健康的人来说, 其免疫系统的强大足以及时清除突变的肿瘤细胞。但对于肿瘤细胞病人来说, 普遍存在免疫系统低下, 不能有效地识别、 杀灭肿瘤细胞; 另一方面, 肿瘤细胞大量增殖, 会进一步抑制患者的免疫功能, 而且, 肿瘤细胞有多种机制来逃脱免疫细胞的识别与杀伤。肿瘤细胞免疫治疗就是借助分子生物学技术和细胞工程技术, 提高肿瘤的免疫原性, 给机体补充分够数量的功能正常的免疫细胞和相关分子, 激发和增强机体抗瘤免疫应答, 提高肿瘤对机体抗肿瘤免疫效应的敏感性, 在体内、 外诱导肿瘤特异性和非特异性效应细胞和分子, 达到最终清除肿瘤的目的。
肿瘤细胞免疫治疗, 其作用不是杀死全部肿瘤细胞而是由于当肿瘤细胞负荷明显降低时, 机体的免疫功能恢复后, 经过清除微小的残留病灶或明显抑制了残留肿瘤细胞增殖的方式来达到治疗肿瘤的目的。肿瘤免疫治疗正是经过人为的干预, 来调动机体自身的免疫系统对肿瘤细胞进行杀灭和抑制其增殖。 　　
实验及临床均提示机体的免疫系统具有清除肿瘤的作用, 在原发性肿瘤手术切除或经氩氟刀等微创手术消融掉局部肿瘤后, 用免疫疗法能杀灭剩余的肿瘤细胞, 消除复发、 转移的因素, 增大治愈的可能性, 延长生存时间, 提高生活质量。 　　
肿瘤细胞免疫疗法适用于多种实体肿瘤, 包括恶性黑色素癌、 前列腺癌、 肾癌、 膀胱癌、 卵巢癌、 结肠癌、 直肠癌、 乳腺癌、 宫颈癌、 肺癌、 喉癌、 鼻咽癌、 胰腺癌等实体瘤手术后防止复发, 也能够用于多发性骨髓瘤、 B淋巴瘤和白血病等血液系统恶性肿瘤的复发, 还能够用于上述肿瘤的进一步巩固治疗, 达到延长生存期、 提高生活质量和抑制肿瘤恶化的目的。但肿瘤细胞免疫治疗不适用于T细胞淋巴瘤患者、 器官移植后长期使用免疫抑制药物和正在使用免疫抑制药物的自身免疫病的患者。
2、 自杀型、 诱导肿瘤细胞凋亡基因
当前肿瘤的治疗中, 采用传统化学治疗药物以及放射治疗, 由于不能区分肿瘤和正常组织, 而产生严重的毒性作用。在放疗和化疗中最常见的副作用为3～4期中性粒细胞减少症及第3期淋巴细胞减少症。因此必须寻找一种更为切实可行的方法。
人们普遍对腺病毒介导的自杀型基因治疗肿瘤给予了较大希望, 也取得了令人鼓舞的进展。有人发现一种新型的具有复制能力的、 能够分解肿瘤腺病毒载体, 能够将目的治疗基因输送至肿瘤细胞。在加入两个自杀性基因系统(CD／5-FC和HSV-1TK／GCV)后, 抗癌效果进一步加强, 并增加了恶性肿瘤对抗癌药物和放疗的敏感性。
研究发现尿激酶型纤溶酶原激活因子受体(uPAR)启动子特异性的进入结肠癌细胞。激活自杀基因, 抑制结肠癌细胞增值, 并无明显抑制正常结肠细胞作用。
Survinin基因选择性的表示于肿瘤组织, 在正常分化的细胞组织中无表示, 该基因有抗细胞凋亡, 促进细胞增殖作用, 并发现其与细胞分化与关, 还有它的高表示与肿瘤的多药耐药呈正相关, 能够作为基因治疗很好的靶点。
中国已有利用腺病毒载体治疗头颈癌的案例, 有人进行了腺病毒P53载体(商品名今又生)结合放疗对鼻咽癌患者进行治疗的研究。24位患者采用腺病毒P53载体结合放疗, 其疗效4周后增加1.9倍, 在给药后2个月其效果为2.1倍, 给药组3年的存活率比仅仅放疗组高出14.4％ , 注射今又生除了有短暂的发热外, 没有出现剂量限制毒性或负结果。
攻克癌症是世界性医学的主题之一, 探索肿瘤基因治疗的理论与实践问题, 将获得具有国际先进水平的研究成果和良好的临床应用前景。重组基因治疗是在动物实验已取得肯定的研究结果的基础上进行的。将有可能开发成为与传统肿瘤化疗药物完全不同的、 安全、 有效、 特异的抗癌新药, 因此, 获得预期研究结果并将其转化为新型的抗肿瘤制剂、 用于临床的前景良好, 将有可能为广大肿瘤患者带来福音, 同时具有重大的经济和社会效益 。
( 二) 神经疾病的基因治疗
1996年, During及其同事利用脂肪微粒为基因载体, 在奥克兰大学医院治疗犹太儿童的先天性疾病Canavan( 海绵状脑白质营养不良) , 首开人类治疗遗传性神经疾病的先河, 并取得阶段性的结果。可是其结果也暴露了以脂肪微粒为运载工具在携带基因表示时间方面的不足, 即基因表示在给药后1个月后明显下降, 难以维持应有的基因蛋白在大脑内的治疗水平, 因而必须寻找更合适的基因载体。她们认为如果使用非腺病毒载体替代脂肪微粒, 应能够在大脑神经细胞内实现基因长期稳定的表示, 疗效应该有进一步的改进。其设想在得到动物模型的验证后, 经过FDA批准后随即开展了人体试验, 至今已有几十名Canavan儿童在费城接受基因治疗。
( 三) 基因治疗病理性瘢痕
病理性瘢痕是创伤修复过程中的一种重要并发症, 见于深度灼伤, 某些手术切口及其它损伤的创伤愈合后, 除外观畸形、 疼痛难忍外, 亦可因瘢痕挛缩导致生理功能障碍。当前人们对瘢痕增生后的治疗主要靠手术、 加压、 冷冻等方法, 但均不是理想的手段, 因此探索预防瘢痕过度形成和治疗已增生瘢痕的新途径具有重要的意义。肝细胞生长因子( HGF) 是一多功能的生长因子, 不但刺激皮肤微血管内皮细胞增殖、 运动, 而且可促进皮肤角质细胞的迁移运动, 能够明显地抑制TGF-b的产生和增强胶原酶的活性。因而, HGF对于促进伤口愈合、 预防创伤愈合过程中瘢痕的过度形成和治疗己增生瘢痕会有一定的效果。
( 四) 基因治疗心肌缺血
缺血性心脏病是流行性广且危害严重的心脏病, 在西方国家它是成年人死亡的首位病因。相对而言, 中国当前尚属冠心病低发病国家, 但患病率也在逐年上升。从流行病学的研究来看, 冠心病的主要危险因子如高血压、 高血脂、 糖尿病等患病率都在上升, 吸烟率居高不下, 预计未来十年中冠心病的患病率仍会呈上升趋势。虽然冠心病诊断手段的进步已能对患病冠状动脉的病变部位及管腔狭窄程度作出准确的判断, 对管壁病变的程度也有所了解, 而且产生了各种有效的治疗手段, 如抗凝治疗、 溶栓治疗、 经皮下腔内冠状动脉成型术和冠状动脉搭桥术等。可是对一部分弥散性心肌缺血和手术后再狭窄的病人来说, 就不再适宜于手术治疗; 而且突然地供血能引起再灌注损伤。因此基因治疗为我们提供了一种新的思路, 虽然还处于试验阶段, 但已经发现了多种载体和应用几种促血管生成因子。
( 五) 基因治疗肢体动脉闭塞症
肢体动脉闭塞症是一类严重威胁人类健康的血管疾病。当前尚无较好的药物治疗方法, 主要借助于外科手术重建功能动脉, 但