基因工程技术在制药领域的应用和发展

基因工程技术在制药领域的应用和发展 吴苏亚 (南京中医药大学,08药学一班,042008118) 摘要:基因工程技术又称基因拼接技术和DNA重组技术,是以分子遗传学为理论基础,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段将不同来源的基因按预先设计的蓝图,在体外构建杂种DNA分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。经过30多年来的进步与发展,已成为生物技术的核心。本文简述了近年来基因工程技术在制药技术的应用和发展。其中主要从基因工程制药和基因工程药物的治疗进展两方面来呈现基因工程技术在制药领域的杰出贡献以及在整个生物领域的强大生命力和广阔的应用前景。 关键词:基因工程技术,基因工程制药,基因工程药物 Genetic engineering applications in the pharmaceutical sector and development Wu Suya Abstract: The genetic engineering technique known as gene splicing and recombinant DNA technology, is based on the theoretical basis of molecular genetics, molecular biology and microbiology, as a means of modern methods of genes from different sources according to pre-designed blueprint, in the in vitro Hybrid DNA molecules into living cells and then to change the genetic characteristics of the original bio, access to new varieties, production of new products. After 30 years of progress and development, has become the core of biotechnology. This paper describes the genetic engineering technology in recent years in the pharmaceutical technology and development. Mainly from the pharmaceutical and genetic engineering, genetic engineering of drugs both to render the treatment of advanced genetic engineering technology in the pharmaceutical field, and outstanding contribution to the field in the biological application of strong vitality and broad prospects. Key words: genetic engineering, genetic engineering, pharmaceuticals, genetic engineering drugs 所谓基因工程是指将所得的目的基因节基因、载体相结合,然后将它引进受体细胞,使之进行复制并产生相应基因产物的技术。实质上,基因工程是一种对不同种类生物的DNA进行切割和连接,使之形成杂种DNA的技术。今年来基因工程技术在制药领域发挥着重大作用。 1、基因工程制药 基因工程制药是指按照人们的意图,将外源基因整合入宿主基因组中,表达具有生物学活性的蛋白药物。 1.1大分子的分离 基因大分子的分离主要指质粒(plasmid DNA)和基因组DNA的分离。质粒分离的常用方法有碱变性抽提法、煮沸法、去污剂裂解法、质粒DNA释放法、酸酚法等。质粒在基因工程中最常用来做成各种克隆载体(cloning vector)或表达载体(expressionvector)。质粒载体还可用于RNA干扰(RNA inter-ference)的研究。基因组DNA的分离通常采用酚-氯仿法、基因文库(gene library)、Southern 杂交以及PCR扩增技术等。最近又有研究者利用名为chum-RNA的小分子RNA建立非PCR扩增的单细胞cDNA文库。 1.2聚合酶链式反应 聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)是一种在体外模拟天然DNA复制过程的核酸扩增技术。PCR技术可分为定性PCR和定量PCR。定性PCR 技术包括:反转录PCR(reverse transcription PCR, RT-PCR)、多重PCR(multiplex PCR)、反向PCR( inverse PCR)、锚定PCR(an-chored PCR)。定量PCR技术以实时PCR(real time PCR)为代表,其基本原理是在PCR反应体系中引入荧光标记分子,对每一反应时刻的荧光信号积累进行实时监测,计算出PCR 产物量,或通过标准曲线法得出初始量。 1.3基因芯片 基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术上的一种高效快速的核酸序列分析手段。基因芯片是伴随着人类基因组的实施而发展起来的前沿生物技术,又称DNA微阵列。它的突出特点是高通量、高集成、微型化和自动化。根据用途不同可分为表达谱芯片(expression profile chip)、测序芯片和诊断芯片。其中表达谱芯片的应用最为广泛,可用于基因功能分析、疾病发生机制的探 讨及药物研究和筛选。 1.4外源基因的表达 导入宿主细胞的外源基因,通过基因表达得到相应的蛋白质产物。根据宿主细胞的不同可分为原核细胞表达系统和真核细胞表达系统。在外源基因表达时,通常把一个蛋白的基因与一个目的蛋白的基因融合在一起,形成融合蛋白,用于目的蛋白的检测与纯化。常用的报告蛋白有β-半乳糖苷酶(β -gal-actosidase)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione s-transfer-ase,GST)、绿色荧光蛋白(green fluorescence protein,GFP)以及硫氧还蛋白(thioredoxin, Trx)等。 2、基因工程药物 基因工程药物就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,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去,这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞,在受体细胞不断繁殖过程中,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质,即基因疫苗或药物。 基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上,基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。 2.1类风湿性关节炎 肿瘤坏死因子(TNF)a在类风湿性关节炎(RA)病理性炎症反应中起核心作用,不仅参与了滑膜炎症反应,而且还诱发关节结构的破坏,故有效地阻断TNFa 对RA的治疗有着重要的临床意义。目前通过给予可溶性受体以及通过TNFa抗体治疗等方法可显著降低TNFa活性,1998年上市的etanercept(Enbrel)是首个重组人TNF可溶性受体(p75)与人IgGI分子Fc部分结合的融合蛋白,而2000年批准的infliximab是首个治疗RA的TNFa抗体,可用于缓解甲氨蝶吟治疗无效的RA病人。 2.2心血管疾病 接受经皮经腔冠脉成形术的病人虽然于术前、术中及术后给予阿司匹林或 肝素等药物,但急性冠脉综合征发生率仍较高,而血小板糖蛋白(oP)nb/Illa受体拮抗剂能有效治疗该综合征,并改善不稳定型心绞痛和急性心肌梗死(MI)病人的长期预后,除轻微诱发出血外,未见其它严重不良反应。 2.3病毒性疾病 干扰素(IFN)临床广一泛用于抗病毒感染治疗,90年代以来FoA先后批准了xFNaZb(IntronA)、IFNaZa(RoferonA)和IFNal(Infergen)用于丙型肝炎治疗。目前通过在IFN结构中加入聚乙二醇(PEG)链后产生PEG化IFN,使疗效提高。其由IFNa和附着的PEG组成,PEG呈长毛状围绕IFN,使其避开人体代谢系统而使药物代谢延迟,不仅能提高半衰期,达到1周给药1次的目的,而且减少血药浓度的峰谷变化频率,从而降低不良反应。如阿昔单抗起先用于预防血栓,作为血管成形术的辅助治疗,目前其适应证扩展至心脏病发作、不稳定型心绞痛及中风的治疗。 2.4糖尿病 与健康人餐后即刻出现的血浆胰岛素峰值不同,短效胰岛素注射45~120分钟后会出现血药峰值,存在时滞现象,故糖尿病患者必须餐前30~45分钟及时注射胰岛素,但每天多次注射产生的不适感使病人顺应性降低。因此,制备垂组胰岛素类似物并子找方便的给药系统成为日前研究热点。如 2000年批准的速效胰岛素较普通胰岛素制剂具有吸收快、起效快、作用时间短、可餐前立即注射等特点,尤其适合需进行严密血糖控制的病人。 2.5器官免疫排斥反应 目前有daclizumab(Zenapax)和basiliximab(Simulect)等IL一2细胞表面受体的单抗用于预防器官移植免疫排斥反应。1998年首次在美国上市的Zenapax能消除被激活的T细胞,可预防肾移植后免疫排斥反应,且不抑制其他免疫反应。与其它抗免疫排斥药物合用有协同作用而不会增加不良反应。1998年上市的basiliximab(Simuleet)能抑制IL一2诱导的T细胞增殖,可使急性排斥反应发生率减少三分之一。从来源上,Zenapax更近似于天然人抗体,因为ZenaPax是人源化单抗,而Simulect为人鼠嵌合单抗;从疗效上两者相当, Simuleet相对给药方便,因为Simuleet的tl/2较Zenapax长。 3、结语 健康是人类永远关注的话题,新世纪人类赖以防病治病的最好药物无疑是基因药物。人类基因组计划的成功,使得基因工程成为非常热门的话题。基因工程技术被引入药学领域并应用于各种研究,从上面的分析可以发现基因工程技术在药学领域的应用取得了巨大的成绩。相信随着科技的发展,制药技术的不断完善,基因工程在药学领域会发挥越来越大的作用。 然而任何科学技术都是一把“双刃剑”,在给人类带来利益的同时,也会给人类带来一定的灾难。比如基因药物,它不仅能根治遗传性疾病、心脑血管疾病等,甚至人的智力、体魄、性格、外表等亦可随意加以改造。所以,我们要在抓住机遇,大力发展基因工程技术的同时,需要严格管理,充分重视转基因生物的安全性,让基因工程技术为人类做出更大的贡献。 参考文献: [1]Cho NH, Jeong JK, et al·Genotyping of 22 human papillom a virus types by DNA chip in Korean woman: comprison with cytologic diagnosis [J]·Am J O bstet Gynecol, 2003, 188 [2]李轶女,胡英考,沈桂芳,等·转基因植物基因工程疫苗[J]·生物技术通报, 2002, 2: 11-15 [3]胡晋红,张立起·基因工程药物的治疗进展[J]·国外医学-合成药生化药制剂分册, 2001, 22 (6): 346· [4]徐国华·基因工程药物临床应用分析[J]·药物生物技术, 2003, 10 (5): 336-338· [5]Tougan T, OkuzakiD, NojimaH. 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