基因药物研究进展

胡晋红(第二军医大学长海医学院药学部，上海 200433)

自2000年6月26日科学家公布人类基因组研究工作草图，人类基因组国际协会组和美国Celera遗传公司分别于2001年2月在《Nature》(《自然》)和《Science》(《科学》)杂志上公布其完成的人类基因组测序草图［1，2］，研究结果显示人类基因组大约由30亿个碱基对组成，有大约3.5万个可由亲代向子代传递遗传性状的基因，有300万个核苷酸位点的不同，0.1%核苷酸位点的差异决定了人类的遗传多态性(polymorphism)，控制着个体的发育、生长、生殖和代谢，并且在疾病发生中和疾病的治疗中起着重要作用。2001年7月，国际人类基因组计划的科学家和美国Celera遗传公司分别宣布将绘制人类基因组变异图谱，人类基因组研究的主战场将转移至寻找不同人群之间的基因差异。随着人类基因组学研究的快速发展，药物基因组学(pharmacogenomics)和基因药物(genetic drugs)的研究也发生了突破性的进展。药物基因组学研究了人类基因组信息和药物反应的关系、各种基因突变与药效及安全性的关系，探讨了药物作用的遗传多态性;利用基因组学信息解答不同个体对同一药物反应存在差异的原因，强调因人制宜的个体化用药。我国基因药物的研发始于20世纪80年代，利用人类基因技术开发基因药物也是我国近年来支持的医药重点领域之一。

1 基因药物的定义

1.1 生物药物(biopharmaceuticals)的分类

生物药物主要分为:(1)生化药物(biochemical drugs)，是生物体的基本生化成分，基本特点为来自生物体。(2)生物技术药物(biotechnology drugs)，为利用生物有机体(如微生物)或其组成部分(如细胞)发展新产品或新工艺的技术体系。现代生物技术包括:基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。也可将这类药物另称为生物工程药物，其中用基因工程生产的药物，则称基因工程药物(genetic engineering drugs)。(3)生物制品(biological products)，包括人血液制品、疫苗等。

1.2 广义的基因药物

基因药物广义理解为基因工程药物，可定义为: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，通过生物学、分子生物学或生物化学、生物工程等相应技术制成，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，临床可用于某些疾病的治疗、预防和诊断性治疗。目前已有数百种基因药物进入临床各期试验，基因药物治疗是现代医疗技术上的一次革命。1982年首次在美国批准重组人胰岛素生产，15年来国际已批准了近30种基因工程药物上市，如干扰素、白介素、胰岛素、生长激素、红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、组织纤溶酶原激活剂t、链激酶、碱性成纤维细胞生长因子等。

1.3 狭义的基因药物

基因药物狭义理解为DNA药物，可定义为具有特定序列结构在体内可以产生干扰或调节基因功能作用的基因物质。是将具有治疗意义的DNA重组入真核表达载体，直接转移至人体细胞，在体内表达出具有治疗作用的多肽和蛋白质;或应用直接作用于细胞内或RNA、抑制基因复制和表达的核酸片段或其人工合成的类似物，以及对RNA具有特异切割作用的核酶等。DNA药物可用于基因治疗，通过基因置换、基因修复、基因修饰、基因失活、免疫调节、增加对治疗的敏感性等治疗人类的遗传病症、肿瘤的转移和扩散等并发症、衰老疾病、心血管病症、传染性疾病和代谢性疾病等众多疾病。DNA药物治疗途径:(1)输入完整的外源性功能(治疗)基因，达到基因补充或治疗的目的;(2)应用与靶DNA或RNA互补的外源性核酸片段或其人工合成产品，干扰基因的复制和表达。我国基因治疗自1987年起步，1995年立为重大项目，已经对B型血友病、人恶性脑胶质瘤等7个基因治疗方案和10余种产品或方案进行临床前研究或临床试验。DNA药物的特点:(1)将治疗基因植入体内，让细胞自己合成和分泌药用蛋白质，达到防治疾病的目的。(2)不需要在体外合成和表达蛋白质，也不需要在体外进行分离和纯化。(3)一次植入基因可以长期有效，导入的基因可以接受细胞内各种转录因子和内外环境的调控，它不断生产、不断利用、不断释放。因此，勿需每日给药。DNA药物的种类:(1)细胞因子基因，如IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IL-2、IL-12、IL-18、TNF;(2)生长因子基因，如VEGF、bFGF;(3)活性多肽基因，如消瘦素基因;(4)受体基因，如TNF-α和IL-1可溶性受体基因;血管紧张素Ⅱ可溶性受体基因;(5)酶基因，如激肽释放酶基因、一氧化氮合酶基因、α-抗胰蛋白酶基因。

2 基因工程药物的进展

2.1 基因工程药物发展阶段

基因工程药物(gene engineering drug)是将具有应用价值的基因即“目的基因”装备在具有表达所需元件的特定载体中，导入相应的宿主细胞如细菌、酵母或哺乳动物细胞，在体外进行扩增并经分离纯化后，获得其表达的蛋白产物(如干扰素等细胞因子、生长激素等激素、链激酶等外源性酶)［3］。自1972年人类基因重组技术诞生、1982年美国礼莱公司将人类第一个基因工程药物——重组人胰岛素投放市场以来，基因工程药物随着现代生物技术突飞猛进的发展，1982年研制成功人工干扰素，基因制药从此走上了产业化道路;1997年年底，英国PPL治疗学公司率先利用克隆“多利”所采用的“细胞核转变”法，培育出200头携带人体基因的绵羊，并成功地从奶汁中提取了α-1抗胰蛋白酶，为建立“动物药厂”打下了基础;随后，芬兰科学家将人体的促红细胞生长素基因植入乳牛的受精卵中，创造了能生产出促红细胞生长素的乳牛，理论上这种乳牛1年可提取60～80 kg促红生长素，比目前全世界的使用量还多;目前科学已经有能力修正天然蛋白质的结构，可改进其功能，使之发生微妙和有用的变化。1989年我国批准了第一个在我国生产的基因工程药物——重组人干扰素α-1b，标志着我国生产的基因工程药物实现了零的突破。基因工程药物在现代生物制药产业中的地位越来越重要，其发展经历了3个阶段，见表1。

表1 基因工程药物发展的3个阶段

2.2 基因工程药物分类

基因工程药物大致分为10类:基因重组细胞因子、基因重组激素、基因重组溶血栓药物、DNA药物、基因工程抗体、基因工程血液代用品、反义核酸药物、基因工程重组蛋白药物、RNAi基因治疗药物、siRNA基因治疗药物。

2.3 基因工程药物特有的优势

基因工程药物治疗与传统的化学合成药物治疗相比具有以下3大优势:(1)高疗效和长疗效，好的载体能使治疗基因在细胞内长期稳定表达治疗蛋白，从而达到一劳永逸的效果，而传统药物代谢快，需经常服用。(2)副作用少，与传统药物的全身性作用相反，基因治疗药物的靶向性特别强，可特异性地作用于某类组织及细胞上。(3)针对性强，基因治疗可以解决那些对传统药物疗效不好的疾病，如各种肿瘤、遗传性疾病以及免疫相关性疾病等。因此，正是由于疾病治疗的需求和基因工程药物的优势，使基因工程药物在临床上的应用也日益增多。

3 单克隆抗体(monoclonal Antibody，McAB)的进展

3.1 单克隆抗体的研发

单克隆抗体是单个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。是继疫苗、重组蛋白后的最重要的一类生物技术产品，是21世纪生物技术和生物医药产业领域的战略制高点，已成功应用于治疗肿瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病和移植排斥反应等。截至2011年5月，全世界已批准123种基因药物，进展最快、获得批准最多的药物是抗体药物。近几年来，全球至少有30种抗体药物获得批准，这个数据每年还在增加。500多个单克隆抗体正在研发中，240个进入临床，2007年起，每年进入临床研究的单克隆抗体超过40个，2011年100多个单克隆抗体处于Ⅱ期临床试验。新产品上市稳定，近年来单克隆抗体市场销售额呈直线上升趋势，见图1。

3.2 抗肿瘤和治疗关节炎单克隆抗体进展

图1 1997—2010年单克隆抗体市场销售额

国外报道抗肿瘤单克隆抗体和治疗关节炎单克隆抗体分享了45%的市场份额，2010年排在前10位的单克隆抗体销售额均超过10亿美元，英夫利昔单抗销售独占鳌头，贝伐单抗、利妥昔单抗、阿达木单抗和曲妥珠单抗2010年销售额均超过50亿美元。国家食品药品监督管理局目前为止共批准了17个单克隆抗体药物，11个是进口产品，6个自主研发，其中3个是国家生物制品一类新药，均为抗肿瘤药，还有一些仿制处于临床阶段［4］。2006—2008年上海、杭州、南京、武汉、成都及重庆的抗肿瘤单克隆抗体用药总金额每年成倍增长，见图2。

图2 2006—2008年上海、杭州等5城市抗肿瘤单克隆抗体用药总金额变化情况

4 基因药物亟待解决的问题及发展方向

目前我国在基因药物原创性研究和形成自主知识产权方面与国外有较大的差距，需发展核心技术和公共平台技术，赢得竞争主动权。通过自主研发降低患者要承担的巨额药物费用。单克隆抗体药物疗效还有待进一步确认，例如，如今大规模应用的抗体药物，跟已经用了50年的氟尿嘧啶相比，并没有体现出更好的效果。现在几乎绝大部分的抗体药物在临床上延长患者生存率平均仅有3个半月。

今后我国基因药物发展应注重:(1)进一步探索基因药物的生物活性、发展基因工程药物的新技术程序和合成途径; (2)针对危害人类健康的重大疾病(创伤修复、心脑血管疾病治疗、神经系统疾病和肿瘤及老年疾病的治疗等方面)防治药物进行研究;(3)在基因工程多肽及基因治疗药物、疫苗、药物新剂型、分子诊断技术等方面进行突破性研究。

［1］ McPherson JD，Marra M，Hillier L，et al.A physical map of the human genome［J］.Nature，2001，409(6822):934-941.

［2］ Venter JC，Adams MD，Myers EW，et al.The sequence of the human genome［J］.Science，2001，291(5507):1304-1351.

［3］ 陈飞虎.药理学名词解释［J］.中国药理学通报，2004，20(1):68-68.

［4］ 孟胜利.全人源单克隆抗体现状及发展趋势［J］.国际生物制品学杂志，2011，34(4):169-174.