蛋白质药物的研究现状

蛋白质药物的研究现状

郭世江 20123762 制药二班 摘要：蛋白质药物可分为多肽和基因工程药物、单克隆抗体和基因工程抗体、重组疫苗；本文主要着重讲解多肽和基因工程药物。与以往的小分子药物相比，蛋白质药物具有高活性、特异性强、低毒性、生物功能明确、有利于临床应用的特点。由于其成本低、成功率高、安全可靠，已成为医药产品中的重要组成部分。1982年美国Likky公司首先将重组胰岛素投放市场，标志着第一个重组 蛋白质药物的诞生。一种新型生物技术候选药物，它具有高效抗肿瘤、抗病毒功能。经中国药品生物制品标准化研究中心检测证实，其抗肿瘤活性较同类产品高246.7倍，抗病毒活性高10倍以上，可用于治疗多种恶性肿瘤和病毒感染性疾病。

关键词：多肽，基因工程药物，单克隆抗体，基因工程抗体，重组疫苗，高活性，低毒性，抗肿瘤，抗病毒。

Abstract:Polypeptide and protein drugs can be divided into genetic engineering drugs, monoclonal antibodies and genetically engineered antibodies, recombinant vaccine; paper mainly focuses on explaining polypeptides and genetic engineering drugs. Compared with conventional small molecule drugs, protein drugs with high activity and specificity, low toxicity, biological features a clear, beneficial characteristics of clinical applications. Because of its low cost, high success rate, safe and reliable pharmaceutical products has become an important part. 1982 United States Likky company first recombinant insulin market, marking the birth of the first recombinant protein drugs. A new biotech drug candidates, it is an efficient anti-tumor, anti-viral function. By the China Research Center of Pharmaceutical and Biological Products Standardization tests confirmed that the anti-tumor activity of 246.7 times higher than similar products, high antiviral activity more than 10 times, can be used to treat a variety of malignancies and viral infections.

Keywords:Peptides, genetic engineering drugs, monoclonal antibodies, genetically engineered antibodies, recombinant vaccine, high activity and low toxicity, anti-tumor, anti-viral

一、前言

生物技术的发展促进了大分子生物活性物质的发现，用于治疗或诊断的多肽、蛋白质、酶、激素、疫苗、细胞生长因子及单克隆抗体等药物不断出现，国外已批准上市的生物技术药物产品约90 多种，

进入临床实验的生物技术药品有369种，占美国临床实验药品的1/3，正在研究发展的大分子活性物质或药物达千种以上，生物技术药物的销售增长率在1998 年到2004 年每年增长12%～15％，生物技术药物已涉足于200多种疾病，其研究多数是针对癌症治疗，以及传染性疾病、神经性疾病、心血管疾病、呼吸系统疾病、艾滋病、自体免疫性疾病、皮肤病等。早在上世纪90年代，美国FDA即已批准可以进行临床研究的基因疗法达72种，年初国家食品药品监督管理局也批准了重组人p53腺病毒注射液的生产。由于半衰期短，生物技术药物的基本剂型是冻干注射剂或注射液，需要长期频繁注射给药，面对生物大分子在稳定性及吸收等方面的困难，在研究和生产高质量的冻干粉针及溶液型注射剂的同时，发展多种途径给药的新剂型是制剂工业和研究的重要任务[1]。

二、多肽药物

主要包括多肽疫苗、抗肿瘤多肽、多肽导向药物、细胞因子模拟肽、抗菌性活性肽、诊断用多肽及其它药用小肽等7 大类。

1、多肽疫苗

20 世纪人们发明了疫苗，疫苗的出现有效地降低了人类传染病的发病率和死亡率。但传统疫苗是减毒或灭活病原体，存在一定的毒副作用。随着分子生物学和免疫学研究的快速发展，DNA疫苗、基因工程疫苗、抗体疫苗等一些新形式的疫苗不断出现。20世纪80年代Strohmaier等[2]发现口蹄疫病毒(FMDV)的146～154及200～213 氨基酸肽段含有免疫性位点，从而找到了一种新型的疫苗，即肽疫苗。

合成肽疫苗[3](syntheticpeptidevaccine)就是用化学合成抗原表位氨基酸序列法制备而成的具有保护性作用的类似天然抗原决定簇的多肽疫苗，这种疫苗不含核酸，是最为理想的安全新型疫苗，也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。

多抗原肽(multiple antigen peptide，MAP)是将病原微生物蛋白表面的多种T细胞或B细胞表位的氨基酸连接于树枝状的多聚赖氨酸骨架上而形成的一种具有独特三维空间结构的大分子疫苗。这种分子中含较多的抗原表位肽，不需载体蛋白就能对机体诱导出较高的免疫应答。这种设计方法使疫苗的一个分子中能够包含多种特异性的表位， 能够很好地模拟表位构象，可诱导更好的保护力[4]。多抗原肽疫苗已经用于人免疫缺陷综合症病毒(HIV)、口蹄疫(FMDV)和疟原虫等多种病原的保护性抗原分析和疫苗的分子设计。美国科学家Bittll等按照O型口蹄疫病毒VP1的核苷酸序列合成了7种寡肽，将这些寡肽和钥孔血蓝蛋白(KLH)偶联，然后混合于弗氏完全佐剂中，制备

成合成肽疫苗，能够产生足够的抗体，保护牛和猪不发病。该疫苗有

B 细胞表位(VP1环)和T细胞表位结合制备而成[5]，目前已经有将口蹄疫的O、A、C型口蹄疫病毒的保护性抗原决定簇偶联在同一载体上，研制成功多价合成肽疫苗；Patarroyo等[6]研制的复合多价45肽疫苗SPf66 ，是第一个成功的抗疟疾合成肽疫苗。

脂肽疫苗(lipopeptide vaccines)是最近10多年来才开发出的一种多肽疫苗，它是将具有佐剂活性的脂质分子共价连接于抗原多肽链而制备成的。这种疫苗不需其它佐剂就能诱导机体产生广泛的免疫应答， 而且没有佐剂的副作用，是一种很有应用前景的疫苗设计方法

[7～9]。例如，用脂肽P3C(lipopeptide tripalmitoyl-S-glyceryl cysteine ,P3C)核心作为内源性佐剂，将蛋白的T细胞表位和B细胞表位与水溶性的脂肽P3C通过肟键连接制成四分枝的聚肟疫苗(polyoxime

vaccine)，在没有任何外源性佐剂的情况下即具有良好的免疫原性[10]。

2、抗肿瘤多肽

目前对肿瘤患者常见的化疗和放疗手段往往导致严重的副作用，因此寻找高效、低毒的抗肿瘤药物是目前的热点之一，而新型的多肽药物恰恰具备了这些特点。小分子多肽广泛存在于自然界，并可通过人工方法合成，由于其具有相对分子质量(Mr)小、活性高、毒性低的特点， 在肿瘤的临床治疗上有重要的价值。

肽类药物的资源数量巨大，利用提取、化学合成、噬菌体展示技术和蛋白酶降解可得到各种不同的肽[11]；1981年Rinehart等[12]首次从海鞘Trididemnum solidum中分出并测定了环肽Didemnins A,B和C 的结构，证实了它们具有抗肿瘤、抗病毒的活性，其中Didemnin B 的活性最强，既能抑制蛋白质的合成，也能抑制DNA、RNA的合成， 对黑色素瘤Bl6 细胞周期作用的研究表明，它可杀伤各种周期细胞， 尤其是对G1至S期细胞敏感。人们又以合成、半合成或从其他海鞘中分离等多种方式得到了许多Didemnin的同系物。对多达42 种Didemnin类化合物进行的结构与功能的对比研究表明，天然环肽核为其生物活性所必需，而对侧链的化学修饰则会明显地影响其活性强弱。如第二代Didemnin—脱氢DidemninB的体内外抗肿瘤活性比Didemnin 强许多，目前脱氢DidemninB已进入临床研究；Kathleen 等

[13]人工合成了与ANUP的N端同源的2个多肽，A序列为：ELKCYTCKEPMTSASCRTIT，B序列为：

pyroELKCYTCKEPMTSASCRTIT，裸鼠实验表明，它们对人宫颈癌细胞Hela的抑制率达到70%，鸡胚胎尿绒毛膜试验

(chickchorioallantoic membrane assay,CAM)结果表明，这2个多肽都具有抑制血管生成的作用。

3、其他要用小多肽

小肽药物除在上述几大方面已取得较大进展外， 在其它很多领域也取得一些进展。比如Stiernberg 等[14]发现一个合成肽(TP508)肽能促进伤口血管的再生，加速皮肤深度伤口的愈合。Pfister等[15]发现一个小肽(RTR)能防止碱损伤角膜内炎症细胞的侵润， 抑制炎症反应。Carron等[16]证实其筛选的2个合成肽能抑制破骨细胞对骨质的重吸收。

三、基因工程药物

1、基因药物

基因工程药物又称生物技术药物，是根据人们的愿望设计的基因，在体外剪切组合，并和载体DNA连接，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)[17]，使目的基因在靶细胞中得到表达，最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂，从而成为蛋白类药或疫苗。

基因工程药物的本质是蛋白质，生产基因工程药物的方法是：将目的基因连接在载体上，然后将导入靶细胞（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的到表达，最后将表达的目的蛋白质提纯做成制剂，从而成为蛋白类药或疫苗。若目的基因直接在人体组织靶细胞表达，就称为基因治疗[18]。

利用基因工程技术生产药品的优点在于：大量生产过去难以获得的生理活性物质和多肽；挖掘更多的生理活性物质和多肽；改造内源生理活性物质；可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。

2、基因前沿技术

基因药物的直接体内基因治疗发展迅速，新型基因药物的不断产生。本文着重介绍对效果比较肯定关于基因药物的几项前沿技术，基因疫苗、反义RNA药物、三链DNA药物这三种新型基因药物技术的基本方法[19]。

2.1基因疫苗

2.1.1基因疫苗的免疫方法

基因疫苗的免疫方法即基因疫苗的给药途径，目前使用的方法有以下几种：

裸DNA直接注射：将裸质粒DNA直接注射到机体的肌肉、皮内、皮下、粘膜、静脉内。这种方法简单易行。

脂质体包裹DNA直接注射：包裹DNA的脂质体能与组织细胞发生膜融合，而将DNA摄入，减少了核酸酶对DNA的破坏。注射途径同裸DNA直接注射。

金包被DNA基因枪轰击法：将质粒DNA包被在金微粒子表面，用基因枪使包被DNA的金微粒子高速穿入组织细胞。

繁殖缺陷细菌携带质粒DNA法：选择一种容易进入某组织器官的细菌，将其繁殖基因去掉，然后用质粒DNA转化细菌，当这些细菌进入某组织器官后，由于不能繁殖，则自身裂解而释放出质粒DNA[20]。

2.2反义RNA

反义RNA 指与mRNA互补后，能抑制与疾病发生直接相关基因的表达的RNA。它封闭基因表达，具有特异性强、操作简单的特点，可用来治疗由基因突变或过度表达导致的疾病和严重感染性疾病。反义RNA治疗的基本方法有：

反义寡核苷酸：体外合成十至几十个核苷酸的反义寡核苷酸或反义硫代磷酸酯寡核苷酸序列，用脂质体等将反义寡核苷酸导入体内靶细胞，然后反义寡核苷酸与相应mRNA特异性结合，从而阻断mRNA 的翻译[21]。

反义RNA表达载体：合成或PCR扩增获取反义RNA的DNA ，将它克隆到表达载体，然后将表达载体用脂质体导入靶细胞，该DNA转录反义RNA ，反义RNA即与相应的mRNA特异性结合，同样阻断某基因的翻译。反义RNA目前主要用于恶性肿瘤、病毒感染性疾病等。有报导，用反义封闭胰腺癌、肺癌的癌基因，对癌细胞具有明显的抑制作用[22]。

2.3三链DNA

脱氧寡核苷酸能与双螺旋双链DNA专一性序列结合，形成三链DNA，来阻止基因转录或DNA复制，此脱氧寡核苷酸被称为三链DNA形成脱氧寡核苷酸( TFO)。为了与作用在mRNA 翻译水平的反义RNA的反义技术相区别，将三链DNA技术称之为反基因技术。 3基因药物的现状和应用及部分基因药物

生物技术的开发迅猛异常、日新月异。生物技术的核心是基因工程， 基因工程技术最成功的是用于生物治疗的新型药物的研制。已有近50 种基因工程药物投入市场，产生了巨大的社会效益和经济效益。生物技术用于疾病的预防和疑难病症的治疗已经成为现实。基因药物主要为以下几个系列：

干扰素系列(IFN)IFN是一类具有广谱抗病毒活性的蛋白质，仅在同种细胞上可发挥作用。根据其来源、理化及生物学性质的不同，可分为IFN-α、IFN-β、IFN-γ3种干扰素。干扰素具有很强的生物活性，主要表现在：（一）抗病毒作用目前慢性丙型肝炎的治疗以IFN-α为首选。（二）抗肿瘤作用（三）免疫调节作用。

白介素系列白细胞介素是非常重要的细胞因子家族，现在得到承认的成员已达15个；它们在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥重要作用，此外它们还参与机体的多种生理

及病理反应。

集落刺激因子类药物(CSF)一些细胞因子可刺激不同的造血干细胞在半固体培养基中形成细胞集落，这些因子被命名为集落刺激因子，根据其作用对象，进一步命名分为粒细胞-CSF，巨噬细胞-CSF，粒细胞和巨噬细胞-CSF及多集落刺激因子[23]。

4其他基因工程药物

促进红细胞生成素促红细胞生成素(Epo)是一种调节红细胞生成的体液因子，自从成功地克隆人类Epo基因后，其产物重组人促红细胞生成素被成功用于治疗肾性贫血及肿瘤等疾病伴发的贫血。最近的研究认为Epo是一种由缺氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor,HIF)家庭诱导产生的多功能细胞因子超家庭成员，对于多种器官都有保护作用。有报导，Epo能通过降低肾IRI时MDA、IL-6水平，增加SOD水平从而发挥保护作用，而最新研究还表明Epo有促进血管生成的作用。

人生长激素人类的生长激素(Growth hormone,GH)是一条单链、非糖化、191个氨基酸组

成的亲水性球蛋白，分子量21700Da，等电点PI为4.9.人生长激素具有促生长、促进蛋白质合成、对脂肪、糖、能量代谢有影响。

人表皮生长因子 皮肤细胞表达10种以上的生长因子，它们以自分泌和旁分泌的方式对细胞自身和邻近细胞进行多种调节。(4)重组链激酶 对心脑血管疾病有一定的疗效。

肿瘤坏死因子研究表明，巨噬细胞是产生TNF的主要来源。当肝、脾等网状内皮系统受到刺激后，借助于脂多糖的帮助，TNF基因开始转录，产生并释放TNF。同时B淋巴细胞也产生一种与TNF类似的淋巴毒素，并与TNF享有共同受体。为了便于区分二者，将巨噬细胞产生的毒素称为TNF—α，淋巴细胞产生的毒素称为TNF-β。TNF-α是迄今为止发现的抗肿瘤作用最强的细胞因子，它能特异性地直接杀伤肿瘤细胞，而对正常细胞无不良影响，能抑制肿瘤细胞的增殖并促使其溶解，还可激活机体的抗肿瘤免疫反应。但是由于TNF-α能被肾快速排泄和各种蛋白酶分解作用，在体内很不稳定，半衰期很短(15～30min)，而杀伤肿瘤细胞需要12～36 h。若希望通过静脉给药获得明显的抗肿瘤效果，则必须频繁大剂量注射，进而导致严重的不良反应。目前国内外学者对其的制剂研究主要集中在高分子化学修饰和药物载体传递系统两方面．无论采取何种手段，其最终目的有二：一是减少RES的摄取，延长药物血中半衰期；二是提高药物的靶向性，降低不良反应[24]。

四、单克隆抗体药物的应用

抗体根据结构可以分为可变区以及恒定区：可变区可以特异性的识别抗原，能够将抗体靶向目标蛋白。恒定区：可以参与免疫调节。结构决定功能，目前的抗体药物也是基于这两个功能设计。所以相对于一般的传统药物，单抗具有非常明显的“精准性”，如果说传统的化药治疗是一种“地毯式”式的排查治疗，那么单抗药物就是“导弹”式的靶向治疗，能够减少了正常细胞的受损，减少副作用的同时还增强了药物疗效，所以目前在癌症、自身免疫性疾病、移植等领域得到广泛应用。目前已经有大量研究者开始研究单抗应用于心血管、糖尿病、神经退行性疾病等领域。

五、蛋白质重组疫苗

将某种病毒的目的抗原基因构建在表达载体上，将已构建的表达蛋白载体转化到细菌、酵母或哺乳动物或昆虫细胞中，在一定的诱导条件下，表达出大量的抗原蛋白，通过纯化后制备的疫苗。

六、展望

蛋白质药物的物理及化学的不稳定性和低渗透性是发展其制剂的主要问题，对于简单的冻干产品及溶液制剂而言，通过研究合理的生产工艺及设计优良的处方、使用适宜添加剂等能在很大程度上解决其稳定性问题。蛋白质药物复杂的注射系统多应用微粒控制释放，是目前蛋白质药物剂型研究中的方向之一。但由于生产及处方的原因，仍然遇到许多的困难，如微粒制备过程和应用中蛋白质的稳定性，载药量和包封率低，突释效应等。而作为非注射给药的蛋白质给药系统则问题更为复杂，除稳定性问题更为严重（如口服给药系统），渗透性差也仍然是有待解决的难题，通过剂型、酶抑制剂、稳定剂和促渗透剂等手段或其结合有助于这些问题的部分解决，但离有效治疗目标还相距甚远，同时这些添加剂长期使用的安全性仍需要认真评估。另外，在口服剂型的研究方面，还需要加强肝代谢及肝清除机制与蛋白 质有效性关系的研究。

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