蛋白質(zhì)藥物的功能分類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì)

朱迅

蛋白質(zhì)藥物的功能分類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì)

朱迅

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的快速發(fā)展，生命科學(xué)的理論體系更加豐富，生命科學(xué)領(lǐng)域的新概念、新進(jìn)展不斷涌現(xiàn)。以基因克隆、DNA 重組為代表的分子生物學(xué)及生物技術(shù)體系逐步完善；基因組、蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等各種“組學(xué)”（-omics）的海量數(shù)據(jù)庫(kù)及生物信息學(xué)的廣泛運(yùn)用；分子醫(yī)學(xué)進(jìn)步帶來(lái)的對(duì)疾病病因、病理及發(fā)病機(jī)制認(rèn)識(shí)的逐步深入；藥物遺傳學(xué)、藥物基因組學(xué)發(fā)展帶來(lái)的基于靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)及個(gè)體化治療方案的出現(xiàn)；蛋白質(zhì)藥物，特別是重組蛋白、工程化抗體等為代表的生物技術(shù)藥物取得的良好療效及巨大的經(jīng)濟(jì)效益；Amgen、Genentech 為首的生物制藥公司的年銷(xiāo)售額迅速超過(guò)百億美元，進(jìn)入全球制藥 20 強(qiáng)等等，這些都標(biāo)志著生物制藥的黃金時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，除了一批老牌生物技術(shù)藥物的改進(jìn)型，新適應(yīng)證、新劑型等也將大有可為。越來(lái)越多的大分子量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的功能蛋白將被開(kāi)發(fā)成生物技術(shù)藥物；用哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系表達(dá)的產(chǎn)品將占主導(dǎo)地位；治療性抗體將成為生物制藥領(lǐng)域的第二次創(chuàng)新高潮；為改善藥物性能，重組改構(gòu)、融合蛋白化、體外化學(xué)修飾等將受到越來(lái)越多的關(guān)注；生物仿制藥將規(guī)范化和規(guī)?；l(fā)展；基因治療、細(xì)胞治療和組織工程產(chǎn)品將面臨重大突破和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的雙重境遇?？梢灶A(yù)測(cè)，經(jīng)過(guò) 50年的積累，生物醫(yī)藥必將厚積薄發(fā)，在未來(lái) 50年取得更加令人矚目的突破，而蛋白質(zhì)藥物將成為其中最耀眼的明星[1-3]。

1 蛋白質(zhì)藥物及其發(fā)展沿革

蛋白質(zhì)是基因功能的執(zhí)行體，蛋白-蛋白相互作用是機(jī)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。當(dāng)體內(nèi)行使特定功能的任何蛋白發(fā)生突變或異常時(shí)，或當(dāng)機(jī)體某種蛋白質(zhì)濃度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)疾病的發(fā)生。這意味著利用蛋白質(zhì)治療或緩解疾病具有巨大的機(jī)會(huì)和潛力。從理論上說(shuō)，蛋白質(zhì)藥物幾乎可勝任所有發(fā)病機(jī)制清楚、病理學(xué)靶點(diǎn)明確的疾病的治療。

廣義的蛋白質(zhì)藥物包括所有化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)或多肽的產(chǎn)品，如激素、生長(zhǎng)因子/細(xì)胞因子、蛋白酶、受體分子、單克隆抗體及抗體相關(guān)分子、部分蛋白或多肽疫苗等等，其中各種利用蛋白質(zhì)（如抗體）作為載體的藥物復(fù)合體也涵蓋其中。與小分子化合物藥物（新化學(xué)實(shí)體，new chemical entities，NCE）相比，代表生物大分子藥物（新分子實(shí)體，new molecular entities，NME；也稱(chēng)新生物實(shí)體，new biological entities，NBE）的蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)科學(xué)到實(shí)驗(yàn)科學(xué)的曲折發(fā)展過(guò)程，其發(fā)展成熟依賴(lài)于近 30年對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)的不斷積累，以及高純度、大批量蛋白質(zhì)產(chǎn)物生產(chǎn)、分離、純化技術(shù)的逐步提高。

較早的蛋白質(zhì)治療產(chǎn)品主要來(lái)源于包括人或某些特定動(dòng)物的血漿、體液或組織，代表性產(chǎn)品主要包括以下幾類(lèi)。

1.1 與免疫血清相關(guān)的產(chǎn)品

1890年，德國(guó)學(xué)者 Behring 和日本學(xué)者北里在應(yīng)用白喉外毒素免疫動(dòng)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)其血清中有一種能中和細(xì)菌外毒素的物質(zhì)，稱(chēng)為抗毒素。因免疫血清（亦稱(chēng)抗血清）可轉(zhuǎn)移給其他正常動(dòng)物使之具有中和外毒素的能力，抗血清被動(dòng)免疫療法很快被應(yīng)用于臨床治療。1891年Behring 應(yīng)用來(lái)自動(dòng)物的免疫血清成功地治療了 1 例白喉患者，這是第1 個(gè)被動(dòng)免疫治療的病例，為此他于 1902年獲得了首屆諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。隨后，該療法被用于多種細(xì)菌、病毒感染以及某些特定中毒的治療，常見(jiàn)的免疫血清包括抗毒素、抗菌血清、抗病毒血清、抗 Rh血清以及特定的中和血清（如針對(duì)毒蛇咬傷、有機(jī)磷中毒、強(qiáng)心甙等藥物中毒等）等等。

經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，除某些特殊疾病外，動(dòng)物來(lái)源的免疫血清藥物已經(jīng)逐步被單克隆抗體，特別是工程化抗體所取代，并且抗體藥物在免疫血清療法治療原理的基礎(chǔ)上，已廣泛擴(kuò)展到感染、中毒以外更多疾病領(lǐng)域，如腫瘤、自身免疫性疾病、器官移植排斥反應(yīng)等等。近 10年來(lái)，全球抗體藥物市場(chǎng)呈現(xiàn)出高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，其市場(chǎng)銷(xiāo)售額在 2000年僅為 21 億美元，2004年即超過(guò) 100 億美元，2008年達(dá) 340 億美元。在 2007 銷(xiāo)售前 10 名生物藥中有 6 種為抗體類(lèi)生物藥，其平均年銷(xiāo)售成長(zhǎng)率為 41%，2008年全球醫(yī)藥產(chǎn)品前 15 名中，Enbrel（57.03 億美元）、Remicade（49.35 億美元）、Humira（40.75 億美元）、Avastin（40.16 億美元）分列第 5、8、14 和 15 位[4]。目前已有 Enbrel、Remicade、Rituxan、Humira、Avastin、Herceptin、Lucentis、Erbitux、Synagis 等 9 種抗體類(lèi)生物藥年銷(xiāo)售額超過(guò) 10 億美元，全球抗體類(lèi)生物藥銷(xiāo)售額占所有生物藥銷(xiāo)售額的 40%，抗體類(lèi)生物藥已成為生物藥中銷(xiāo)售額最高、市場(chǎng)成長(zhǎng)率最快的生物藥產(chǎn)品。

1.2 與內(nèi)分泌激素相關(guān)的產(chǎn)品

1922年，Banting 和 Best 首次由牛和豬的胰臟中分離、純化獲得胰島素，從此胰島素正式應(yīng)用于臨床糖尿病的治療。動(dòng)物胰島素曾在糖尿病治療中發(fā)揮重要作用，但至少有三方面因素阻礙了動(dòng)物胰島素的應(yīng)用：第一，由于生物種屬的不同，動(dòng)物胰島素與人體內(nèi)自然產(chǎn)生的人胰島素在氨基酸結(jié)構(gòu)上存在差異，部分患者可能產(chǎn)生抗胰島素抗體，這樣就需要更多劑量的胰島素以控制其血糖水平，另外抗體與胰島素結(jié)合的時(shí)間和數(shù)量亦無(wú)法預(yù)料，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致明顯的血糖波動(dòng)；第二，用于胰島素純化的動(dòng)物胰腺來(lái)源、動(dòng)物源病毒感染以及質(zhì)量控制問(wèn)題；第三，一些患者對(duì)動(dòng)物胰島素的免疫反應(yīng)。1982年美國(guó) FDA 批準(zhǔn)基因工程人胰島素上市，其作為第 1 個(gè)重組蛋白質(zhì)藥物載入史冊(cè)。胰島素藥物應(yīng)用于臨床迄今已有 80 多年，從早期的動(dòng)物胰島素到現(xiàn)在的重組人胰島素和胰島素類(lèi)似物，不僅推動(dòng)了內(nèi)分泌代謝病學(xué)乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，也帶動(dòng)了多肽類(lèi)激素藥物以及酶類(lèi)蛋白質(zhì)藥物的快速發(fā)展，如人生長(zhǎng)激素治療生長(zhǎng)激素缺乏導(dǎo)致的發(fā)育障礙、人甲狀旁腺素治療嚴(yán)重骨質(zhì)疏松癥等等。

目前應(yīng)用于臨床的胰島素產(chǎn)品除常規(guī)重組人胰島素外，還有 3 種速效胰島素類(lèi)似物和 2 種長(zhǎng)效胰島素類(lèi)似物，上市后都發(fā)展成為“重磅炸彈”，據(jù) WHO 公布的《2007 — 2011年世界糖尿病及降糖藥物市場(chǎng)預(yù)測(cè)》披露：按 14.09% 的年平均增長(zhǎng)率計(jì)算，全球胰島素市場(chǎng)將從 2005年的 75 億美元上升為 2012年的 150 億美元。而 1985年上市的重組人生長(zhǎng)激素 Nutropin/Protropin 在 2005年的銷(xiāo)售總額約為 13 億美元。

1.3 與人血漿蛋白成分相關(guān)的產(chǎn)品

人血漿中包含眾多結(jié)構(gòu)及功能均不相同的蛋白質(zhì)，如白蛋白、球蛋白與纖維蛋白原等，在形成膠體滲透壓、調(diào)節(jié)血管內(nèi)外水分分布、參與機(jī)體免疫應(yīng)答、參與凝血和抗凝血功能等各種生理或病理過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用。伴隨輸血治療的發(fā)展，人們較早就認(rèn)識(shí)到輸入血漿成分對(duì)很多疾病具有治療作用，從此嘗試從血漿中分離純化目標(biāo)蛋白，并至少在三個(gè)層面上取得了較大進(jìn)展：①丙種球蛋白（γ-球蛋白）：免疫球蛋白具有抗體活性，人血漿內(nèi)的免疫球蛋白大多數(shù)存在于丙種球蛋白中。作為一種被動(dòng)免疫療法，注射免疫球蛋白可把大量抗體輸給受者，使之從低或無(wú)免疫狀態(tài)很快達(dá)到暫時(shí)免疫保護(hù)狀態(tài)。由于抗體與抗原相互作用可直接中和毒素與殺死細(xì)菌或病毒，因此免疫球蛋白制品對(duì)預(yù)防細(xì)菌、病毒性感染具有一定的作用。特異性人免疫球蛋白是用疫苗或毒素免疫人體使其血漿中產(chǎn)生高效價(jià)特異性抗體，經(jīng)分離純化獲得的人 IgG類(lèi)抗體，如針對(duì)乙型肝炎、狂犬病、破傷風(fēng)等疾病的人免疫球蛋白等；②血漿白蛋白：血液中 80% 的滲透壓由白蛋白所承擔(dān)，白蛋白缺乏可導(dǎo)致水腫；血漿白蛋白又是一個(gè)很重要的蛋白質(zhì)儲(chǔ)備庫(kù)，在機(jī)體需要時(shí)可分解成氨基酸以供組織合成其他各種蛋白質(zhì)，可有助于緩解肝、腎疾患以及燒傷造成的低蛋白血癥；③血漿凝血因子：參與凝血和抗凝血功能的絕大多數(shù)血漿凝血因子、生理性抗凝物質(zhì)以及促進(jìn)血纖維溶解物質(zhì)都是血漿蛋白，如 VIII 因子的適應(yīng)證是血友病 A、IX 因子的適應(yīng)證是血友病 B 等。

由于取材相對(duì)較為方便，技術(shù)門(mén)檻又不高，早期血漿蛋白產(chǎn)品全部提取自人血漿，但因獻(xiàn)血來(lái)源把關(guān)不嚴(yán)容易造成血源污染，導(dǎo)致健康人感染 HIV、HBV 等的報(bào)告時(shí)有發(fā)生，這就促使人們利用新技術(shù)、新工藝，特別是重組 DNA 技術(shù)生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品。但截至目前為止，除幾個(gè)凝血因子的基因工程產(chǎn)品上市以外，因生產(chǎn)工藝、制造成本、產(chǎn)品質(zhì)控等制約，白蛋白、普通免疫球蛋白等大宗產(chǎn)品仍然來(lái)源于人血漿，但特異性人免疫球蛋白有工程化抗體發(fā)展的趨向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅重組人凝血因子 VIII（Kogenate 和 Advate）、重組人凝血因子 VII（NovoSeven）、重組人凝血因子 IX（Renefix）3 個(gè)品種 2006年的銷(xiāo)售額就已超過(guò)30 億美元。

1.4 與促進(jìn)造血及免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的產(chǎn)品

此類(lèi)產(chǎn)品中具有代表性的是促進(jìn)造血及參與免疫調(diào)節(jié)的各種細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子。細(xì)胞因子研究始于對(duì) IFN、胸腺素以及集落刺激因子等的研究，人白細(xì)胞 IFN、豬源胸腺素等藥物都曾盛行一時(shí)。隨后陸續(xù)克隆出人 IFN、IL、集落刺激因子（CSF）、TNF、促紅細(xì)胞生成素（EPO）等一大批細(xì)胞因子基因，極大地促進(jìn)了基因工程蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展，也導(dǎo)致利用生物提取法制備的動(dòng)物及人組織來(lái)源的類(lèi)似品種完全退出主流醫(yī)藥市場(chǎng)。重組細(xì)胞因子成為 1995年以前生物醫(yī)藥領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的品種[5-6]，也帶動(dòng)了整個(gè)生物制藥行業(yè)的繁榮：① 1989年上市的第 1 個(gè)重組人 EPO（Epogen）及其突變體 Aranesp 已經(jīng)給其制造商Amgen 公司帶來(lái)數(shù)百億美元的銷(xiāo)售收入，并使Amgen 公司連續(xù)十幾年穩(wěn)居全球生物制藥企業(yè)銷(xiāo)售額第 1 位。2005年，Epogen 和 Aranesp 的全球銷(xiāo)售額合計(jì)為 91.5 億美元，2006年Aranesp 單品銷(xiāo)售額突破 50 億美元[7]，創(chuàng)造了一個(gè)基因一個(gè)產(chǎn)業(yè)的神話(huà)；② G-CSF 和 GM-CSF 主要用于化療及骨髓移植患者中性粒細(xì)胞減少癥以及由此引發(fā)的感染的預(yù)防和治療。2008年Amgen 公司的 2 個(gè)G-CSF 產(chǎn)品 Neupogen 和 Neulasta 的合并銷(xiāo)售額達(dá) 46.59 億美元，其中聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）修飾的 G-CSF 產(chǎn)品 Neulasta 單品在美國(guó)的銷(xiāo)售額達(dá) 31 億美元，居當(dāng)年美國(guó)國(guó)內(nèi)單品排行第 8 位[7-8]；③ 1986年第 1 個(gè)重組人IFN-α Roferon 上市，催生了 IFN 產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展，包括 IFN-α、IFN-β、IFN-γ 及其各種改進(jìn)型 IFN（如 PEG 修飾的 IFN-α-2a Pegasys 等）等紛紛上市，均取得較好的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。2005年IFN-α 類(lèi)產(chǎn)品的銷(xiāo)售額合計(jì)約 21.6 億美元，IFN-β 類(lèi)產(chǎn)品的銷(xiāo)售額合計(jì)達(dá) 40 億美元。2008年，Roche 公司的長(zhǎng)效 IFN-α Pegasys 單品銷(xiāo)售額達(dá) 16.35 億美元[9]。

1.5 與凝血酶或代謝酶相關(guān)的產(chǎn)品

從蛇毒中提取的蛇毒類(lèi)凝血酶（snake venom thrombin-like enzymes，SVTLE）、新鮮人尿液中提取的尿激酶、人血漿中提取的組織血漿酶原激活物tPA 等均為典型的凝血酶及抗凝血酶產(chǎn)品。某些嚴(yán)重、罕見(jiàn)的遺傳性疾病與特定的代謝酶缺乏有關(guān)，外源補(bǔ)充此類(lèi)蛋白酶是治療的唯一選擇，如 α-1 蛋白酶抑制劑用于先天性 α-1 抗胰蛋白酶缺乏癥、腺苷脫氨酶用于治療由阿糖腺苷酶缺陷造成的嚴(yán)重組合免疫缺陷病等。

在蛋白質(zhì)藥物發(fā)展的一百多年里，不同的領(lǐng)域相互影響、相互促進(jìn)，特別是伴隨著對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能以及與疾病相關(guān)的分子醫(yī)學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深入，以基因克隆、DNA 重組為標(biāo)志的生物技術(shù)體系逐步完善，揭開(kāi)了蛋白質(zhì)藥物發(fā)展的新紀(jì)元[10]。自重組人胰島素第 1 次應(yīng)用以來(lái)，之前較少應(yīng)用的蛋白質(zhì)藥物的數(shù)量及應(yīng)用頻率都有較大提高，現(xiàn)今在每一個(gè)治療領(lǐng)域，蛋白質(zhì)藥物都發(fā)揮著重要作用。

2 蛋白質(zhì)藥物的功能分類(lèi)

美國(guó) FDA 按生物制品許可證申請(qǐng)（biologics license applications，BLA）法規(guī)對(duì)蛋白質(zhì)藥物進(jìn)行審批[1-2]。截至 2008年，美國(guó) FDA 已經(jīng)批準(zhǔn)130 多種治療性蛋白質(zhì)（其中約 100 多種重組蛋白）藥物應(yīng)用于臨床，還有更多的蛋白質(zhì)藥物正在開(kāi)發(fā)中。對(duì)這些蛋白質(zhì)藥物進(jìn)行分類(lèi)將有助于更好地發(fā)揮其治療用途，并有助于理清研發(fā)思路及方向。但目前對(duì)蛋白質(zhì)藥物尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)方法。小分子蛋白質(zhì)藥物可根據(jù)其物理及化學(xué)性質(zhì)分類(lèi)，大分子蛋白質(zhì)藥物顯然無(wú)法依此原則進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)延續(xù)的命名和作用機(jī)制可將其分為造血因子、生長(zhǎng)因子、IFN、IL、單克隆抗體、重組激素/蛋白等[1]，但顯然已不適應(yīng)日益增多的蛋白質(zhì)藥物家族。2008年，Leader 等[11]首次提出根據(jù)蛋白質(zhì)藥理學(xué)作用分類(lèi)的思路，并將蛋白質(zhì)藥物分為如下四大類(lèi)：①應(yīng)用蛋白質(zhì)的酶活性及調(diào)節(jié)活性進(jìn)行治療的蛋白質(zhì)藥物；②有特殊靶向活性的蛋白質(zhì)藥物；③重組蛋白質(zhì)疫苗；④用于診斷的重組蛋白質(zhì)藥物。其中第一類(lèi)和第二類(lèi)主要用于基礎(chǔ)蛋白質(zhì)療法，第三類(lèi)和第四類(lèi)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)蛋白質(zhì)在疫苗及診斷用藥中的應(yīng)用。為便于理解，本文在梳理 Benjamin Leader 根據(jù)功能及治療應(yīng)用分類(lèi)的基礎(chǔ)上，將目前已經(jīng)批準(zhǔn)的蛋白質(zhì)藥物分為七大類(lèi)。

2.1 替代缺乏或異常蛋白質(zhì)的藥物

因?yàn)樵S多疾病是由特定的蛋白質(zhì)缺乏或異常所導(dǎo)致，故可通過(guò)持續(xù)給予該類(lèi)蛋白，用于治療由確定的分子病因?qū)W造成的內(nèi)分泌及代謝性疾病，如治療激素缺乏性疾病的胰島素、生長(zhǎng)激素等；治療A 型或 B 型血友病的 VIII 因子和 IX 因子；治療因代謝酶缺乏而導(dǎo)致的各種嚴(yán)重的罕見(jiàn)性疾?。ㄈ缰亟M β-葡萄糖腦苷脂酶治療 Gaucher 病、艾杜糖苷酸酶治療 I 型黏多糖增多癥、重組腺苷脫氨酶治療由阿糖腺苷酶缺陷造成的嚴(yán)重組合免疫缺陷病等）等。該類(lèi)藥物多為功能活性明確，作用位點(diǎn)清楚且較局限，對(duì)符合適應(yīng)證的特殊疾病群體（包括一些罕見(jiàn)疾病的孤兒藥）具有不可替代性，甚至部分需要終生依賴(lài)服用。盡管隨著功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等研究的深入，越來(lái)越多的蛋白質(zhì)與疾病的關(guān)系將被揭示，但可作為該類(lèi)藥物開(kāi)發(fā)的候選蛋白分子將越來(lái)越少。

2.2 增強(qiáng)蛋白質(zhì)生物活性通路的藥物

機(jī)體的生理功能依賴(lài)于蛋白質(zhì)的存在，這些蛋白分子精細(xì)的調(diào)節(jié)及平衡是維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。在許多特定情況下（包括病理及生理?xiàng)l件下），需要通過(guò)加強(qiáng)某一蛋白質(zhì)的數(shù)量、活性或作用時(shí)間來(lái)達(dá)到醫(yī)學(xué)目的，如增強(qiáng)造血及免疫功能、止血及抗凝血、平衡內(nèi)分泌紊亂、調(diào)節(jié)生育及生長(zhǎng)過(guò)程等等。本類(lèi)藥物主要為人體內(nèi)正常情況下存在的細(xì)胞因子（如 EPO、G-CSF、IFN 等）、內(nèi)分泌激素（如 FSH、HCG、PTH 等）、凝血酶類(lèi)分子或它們的類(lèi)似物（阿替普酶、替奈普酶等）等，具有微量強(qiáng)效、作用快速、多短期使用等特點(diǎn)。但由于體內(nèi)多數(shù)細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子的生物活性廣泛、作用靶點(diǎn)多元，其藥學(xué)作用延伸可引起復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)，甚至毒副作用，這都將限制其發(fā)展成為藥物的潛能。而目前已知的作用位點(diǎn)單一的分子（如刺激紅細(xì)胞生成、促進(jìn)白細(xì)胞增殖的細(xì)胞因子等）多數(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)成為藥物，可以預(yù)料，該類(lèi)蛋白質(zhì)藥物的開(kāi)發(fā)難度將越來(lái)越大。但由于該類(lèi)藥物的專(zhuān)利基本已經(jīng)過(guò)期，隨著生物仿制藥（follow-on biologics）/生物相似藥（biosimilars）法規(guī)的統(tǒng)一和完善[12]，該類(lèi)藥物品種的仿制及改構(gòu)將有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.3 提供新功能或新活性的蛋白質(zhì)藥物

人類(lèi)一直在實(shí)踐中探討應(yīng)用天然存在的非人源蛋白質(zhì)治療人類(lèi)疾病，該類(lèi)藥物在人體內(nèi)不存在或即使存在但通常不行使蛋白功能，包括某些有新功能的外源蛋白，以及只在特定時(shí)間或機(jī)體特定部位發(fā)揮功能的內(nèi)源蛋白，如對(duì)大分子酶促降解的膠原酶、透明質(zhì)酸酶和阿法鏈道酶；對(duì)小分子代謝物酶促降解的 PEG 修飾的天冬酰胺酶；將血漿酶原降解為血漿酶的鏈激酶和凝血酶抑制劑重組水蛭素等。該類(lèi)藥物的未來(lái)發(fā)展主要依賴(lài)于對(duì)各種新的外源蛋白質(zhì)在人類(lèi)生理及藥理學(xué)功能方面的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。另外，由于外源大分子蛋白多具有較高的免疫原性，這也在很大程度上限制了該類(lèi)藥物的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

2.4 直接干擾靶分子或靶組織功能的蛋白質(zhì)藥物

本類(lèi)藥物以單克隆抗體、免疫球蛋白相關(guān)分子為主，利用受體-配體相互作用發(fā)揮效應(yīng)的分子也包括其中。該組藥物是目前研究最多，也是未來(lái)最有發(fā)展前景的群體[13]。

2.5 傳遞其他化合物或蛋白質(zhì)的藥物

該類(lèi)藥物利用蛋白質(zhì)可特異性結(jié)合治療靶點(diǎn)（通過(guò)抗原-抗體結(jié)合或配體-受體結(jié)合方式）的能力，借助蛋白質(zhì)為傳輸載體，將高毒性的小分子藥物、毒素或同位素等效應(yīng)分子靶向運(yùn)送至疾病部位從而發(fā)揮治療作用，也被稱(chēng)為“生物導(dǎo)彈”或“導(dǎo)向藥物”。單抗及某些細(xì)胞因子是傳輸載體的最佳候選者。機(jī)體通常通過(guò)蛋白質(zhì)作為輸送小分子物質(zhì)的載體，因此蛋白質(zhì)作為小分子藥物輸送工具具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是對(duì)蛋白質(zhì)可特異性靶向某些疾病靶點(diǎn)特性的研究，必將全面推動(dòng)個(gè)體化、靶向性等現(xiàn)代藥物開(kāi)發(fā)理念向縱深發(fā)展。

2.6 蛋白或多肽疫苗

伴隨蛋白或多肽疫苗制造技術(shù)的發(fā)展，“治療性疫苗”（therapeutics vaccines）的理論及應(yīng)用不斷成熟，從本質(zhì)上改變了傳統(tǒng)疫苗的概念。無(wú)論從研發(fā)手段、生產(chǎn)工藝，還是從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制等角度，蛋白或多肽疫苗與蛋白質(zhì)藥物已經(jīng)沒(méi)有區(qū)別，特別是以治療性腫瘤疫苗為代表的“治療性疫苗”（therapeutics vaccines），已模糊了“主動(dòng)特異性免疫預(yù)防”疫苗與“主動(dòng)特異性免疫治療”藥物的界限概念。因此將蛋白或多肽疫苗歸為蛋白質(zhì)藥物范疇是一種必然趨勢(shì)[11]。雖然目前美國(guó) FDA 尚未批準(zhǔn)任何治療性腫瘤疫苗上市，但一批臨床試驗(yàn)中的重組治療性疫苗[14-15]已顯示出希望。隨著對(duì)腫瘤、自身免疫性疾病以及傳染性疾病研究的深入，將會(huì)有更多的重組蛋白或多肽應(yīng)用于預(yù)防及治療性疫苗的開(kāi)發(fā)，并將在重組蛋白質(zhì)藥物領(lǐng)域占有一席之地。

2.7 用于診斷的蛋白質(zhì)藥物

該類(lèi)蛋白質(zhì)藥物兼有藥物及診斷試劑的雙重功能，可用于某些特定疾病的體外及體內(nèi)診斷，特別是體內(nèi)診斷，如腫瘤顯像劑多用抗體偶聯(lián)同位素，在腫瘤定位診斷的同時(shí)，同位素也可對(duì)腫瘤細(xì)胞發(fā)揮抑制或殺傷作用。

3 蛋白質(zhì)藥物發(fā)展前景展望

經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的摸索和曲折發(fā)展，蛋白質(zhì)藥物已經(jīng)一步一步的成熟起來(lái)，在制藥工業(yè)及臨床應(yīng)用中均占有舉足輕重的地位。它們對(duì)腫瘤、感染、自身免疫性疾病、代謝性遺傳病、各種老年病及退行性疾病等幾乎所有疾病領(lǐng)域均具有重要影響，正在成為 21 世紀(jì)重要的治療、預(yù)防和診斷用藥。展望未來(lái) 30年，以重組 DNA 技術(shù)為核心的生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將賦予蛋白質(zhì)藥物更為廣闊的發(fā)展空間：重組蛋白質(zhì)藥物將逐步取代非重組蛋白；重組改構(gòu)、體內(nèi)外修飾將成為常規(guī)；用哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系表達(dá)的產(chǎn)品將占主導(dǎo)地位；蛋白質(zhì)藥物非注射給藥途徑將受到越來(lái)越多的關(guān)注：生物仿制藥/生物相似藥將大有可為。

3.1 重組蛋白質(zhì)藥物將逐步取代非重組蛋白

從制藥角度出發(fā)，重組 DNA 實(shí)驗(yàn)的成功開(kāi)啟了在任何生物中生產(chǎn)人類(lèi)生物分子的可能性，同時(shí)也產(chǎn)生了一種替代從組織及器官中提取治療性蛋白的安全、高效、大批量、可控制的生產(chǎn)方法[10]。目前，除一小部分蛋白質(zhì)藥物是以組織提取法獲得外，如胰酶提取自豬胰臟、α-1 蛋白酶抑制劑提取自混合的人血漿，大多數(shù)蛋白質(zhì)藥物是利用重組DNA 技術(shù)生產(chǎn)。通過(guò)基因工程生產(chǎn)的人重組蛋白幾乎已經(jīng)完全取代從組織中提取的蛋白質(zhì)，其價(jià)值不僅僅在于可以精確地復(fù)制人類(lèi)蛋白，并且在藥學(xué)特征、藥代謝動(dòng)力學(xué)特性等多方面均能彌補(bǔ)天然蛋白的缺陷。此外重組蛋白還具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，一個(gè)精確人類(lèi)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯可使蛋白質(zhì)具有更高的特異性及更低的免疫原性；第二，重組蛋白具有高效率、低成本和潛在無(wú)限產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)。例如，由 β-葡萄糖腦苷脂酶（葡萄糖神經(jīng)酰胺酶）缺乏導(dǎo)致的脂質(zhì)代謝缺陷疾病——戈謝病，最初每例患者每年需要從 50 000 個(gè)人胎盤(pán)純化獲得的 β-葡萄糖腦苷脂酶用于治療，從而嚴(yán)重限制了其應(yīng)用；第三，能降低感染動(dòng)物或人類(lèi)病毒性疾病的風(fēng)險(xiǎn)；第四，重組技術(shù)允許蛋白質(zhì)修飾或一個(gè)特定基因的選擇性變體，以改善重組蛋白的功能或特異性，如各種胰島素類(lèi)似物；第五，重組技術(shù)可以發(fā)揮人類(lèi)的無(wú)限想象，使重組蛋白產(chǎn)生一種或多種新的活性或功能。

可以預(yù)見(jiàn)，工程化抗體、大分子量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)或融合蛋白將成為未來(lái)創(chuàng)新性重組蛋白質(zhì)藥物的發(fā)展重點(diǎn)[3]。

3.2 重組改構(gòu)、體內(nèi)外修飾將成為常規(guī)

第一代重組蛋白幾乎可精確地復(fù)制出患者體內(nèi)缺少的蛋白質(zhì)并成為替代藥物，但除了早期由大腸桿菌生產(chǎn)的重組蛋白藥物能完全復(fù)制天然蛋白外，只有很少的重組蛋白與天然蛋白的構(gòu)成完全相同。為獲得更好的藥代動(dòng)力學(xué)、彌補(bǔ)某些體內(nèi)功能蛋白的缺陷或增加蛋白在人體內(nèi)的功能，對(duì)天然蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造或修飾是一種有效的途徑。各種修飾多從改變重組蛋白的性狀入手，如增加相對(duì)分子質(zhì)量、減緩蛋白酶降解、降低免疫原性、提高生物及化學(xué)穩(wěn)定性等，進(jìn)而改善其體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、延長(zhǎng)體內(nèi)半衰期或加速體內(nèi)釋放、降低中和抗體產(chǎn)生率、提高患者適應(yīng)性及治療效果等。鑒于改構(gòu)或修飾后蛋白質(zhì)的眾多優(yōu)勢(shì)，對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行重組改構(gòu)以及體內(nèi)外修飾也必將得到越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用。

3.3 哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系表達(dá)的產(chǎn)品將占主導(dǎo)地位

目前所有被批準(zhǔn)的重組蛋白質(zhì)藥物，基本上都是由下列 4 種生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)：大腸桿菌、釀酒酵母、CHO 和 BHK 細(xì)胞，但近 5年新批準(zhǔn)的重組蛋白質(zhì)藥物，多數(shù)是利用哺乳動(dòng)物細(xì)胞系統(tǒng)生產(chǎn)，其中以 CHO 細(xì)胞應(yīng)用的較多[16]。通常情況下，某一特定的治療性蛋白，可以利用 2 種不同的表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)，如胰島素和人生長(zhǎng)激素可以在大腸桿菌或釀酒酵母中表達(dá)；IFN-β 可在大腸桿菌及 CHO細(xì)胞中表達(dá)，其中 CHO 細(xì)胞中表達(dá)的 IFN-β 結(jié)構(gòu)與人類(lèi)天然蛋白相同，大腸桿菌表達(dá)的 IFN-β則是 N-末端缺失、一個(gè)半胱氨酸被絲氨酸取代以及沒(méi)有任何糖基化的蛋白。沒(méi)有任何一個(gè)表達(dá)系統(tǒng)在所有情況下都普遍具有優(yōu)勢(shì)，表達(dá)系統(tǒng)需要在個(gè)案的基礎(chǔ)上選擇。從安全性角度，理論上最好選擇一個(gè)遠(yuǎn)離人類(lèi)種屬的表達(dá)平臺(tái)，以使人類(lèi)病原體不能污染該表達(dá)系統(tǒng)；如果需要糖基化，則正常的哺乳動(dòng)物表達(dá)平臺(tái)（如 CHO 或 BHK 細(xì)胞）是比較適合的選擇。

3.4 蛋白質(zhì)藥物非注射給藥途徑將受到更多關(guān)注

許多重組蛋白質(zhì)藥物如胰島素、生長(zhǎng)素、IFN等，均需反復(fù)長(zhǎng)期使用。但由于蛋白質(zhì)藥物的特點(diǎn)是用量小、生物活性強(qiáng)，口服后在胃腸中對(duì)強(qiáng)酸和蛋白水解酶很敏感，而且多肽、蛋白質(zhì)類(lèi)藥物多屬親水性大分子物質(zhì)，不易透過(guò)腸黏膜，生物半衰期短，口服生物利用度低，常需反復(fù)注射給藥，患者依從性不好，在一定程度上影響了該類(lèi)藥物的廣泛應(yīng)用。因此非注射給藥途徑，如透皮吸收、黏膜（鼻或直腸黏膜等）吸收、噴霧吸入（鼻腔或深肺等）、口服給藥等一直被眾多學(xué)者和生物技術(shù)公司所關(guān)注。其中研究最多的是鼻腔、肺部和口服給藥。美國(guó) FDA 于 2006年1月批準(zhǔn)了第 1 個(gè)非注射重組蛋白質(zhì)藥物——吸入式胰島素（Exubera）上市，制藥巨頭輝瑞投入巨資營(yíng)銷(xiāo)，但遺憾的是該藥上市不到 2年就停止銷(xiāo)售。盡管如此，并沒(méi)有影響人們對(duì)蛋白質(zhì)藥物非注射給藥途徑的研發(fā)熱情，該領(lǐng)域的突破必將帶來(lái)蛋白質(zhì)藥物發(fā)展的另一個(gè)高潮。

3.5 生物仿制藥/生物相似藥將大有可為

重組蛋白質(zhì)藥物治療費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通小分子藥物，治療相同疾病的平均費(fèi)用可高出 10 ～20 倍[17]，很多患者可能無(wú)緣使用該類(lèi)藥物，這也增加了政府在醫(yī)療保障領(lǐng)域的支出。因此，伴隨第一批生物技術(shù)藥物專(zhuān)利的逐步到期，具有巨大市場(chǎng)需求的低價(jià)生物仿制藥/生物相似藥就具備了上市的機(jī)會(huì)。然而，因?yàn)橹亟M蛋白質(zhì)藥物研發(fā)及生產(chǎn)的高投入，政策上也需要在鼓勵(lì)創(chuàng)新與價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)之間予以平衡；同時(shí)，大分子蛋白質(zhì)藥物還存在科學(xué)、技術(shù)和制造工藝的高度復(fù)雜性，很難生產(chǎn)出精確的蛋白質(zhì)藥物復(fù)制品，審評(píng)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也不相同，因此不能簡(jiǎn)單地用仿制小分子化合物藥物的方式看待和管理生物仿制藥。2003年歐洲制訂了推動(dòng)生物仿制藥上市的法規(guī)，2006年歐洲首次批準(zhǔn)了諾華制藥子公司 Sandoz 的兩款生物仿制藥進(jìn)入市場(chǎng)，打通了在規(guī)范醫(yī)藥市場(chǎng)環(huán)境下生物仿制藥的上市之路。在美國(guó)，蛋白質(zhì)藥物與其他生物藥一樣均按“生物制品許可證申請(qǐng)”的程序申報(bào)，而關(guān)于生物藥的“簡(jiǎn)略新藥/仿制藥申請(qǐng)”（abbreviated new drug applications/generic drugs，ANDA）的法規(guī)尚未出臺(tái)[18]。2007年美國(guó)有近 100 個(gè)生物藥品（約200 億美元份額）的專(zhuān)利到期，雖然這些藥物仍無(wú)法在美國(guó)上市，但在歐洲及其他一些國(guó)家還有機(jī)會(huì)。在短期內(nèi)，EPO、G-CSF、人類(lèi)生長(zhǎng)激素和胰島素等將是驅(qū)動(dòng)生物仿制藥市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要品種。2016年，隨著一些工程化抗體藥物的專(zhuān)利到期，屆時(shí)又有約 250 億美元價(jià)值的生物藥（其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)藥物）將會(huì)失去專(zhuān)利保護(hù)，這也為生物仿制藥開(kāi)發(fā)商創(chuàng)造了新的巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)[19]。毋庸置疑，隨著時(shí)間推移，對(duì)生物仿制藥的限制會(huì)逐步松動(dòng)，相應(yīng)法規(guī)將統(tǒng)一和完善，重組蛋白質(zhì)類(lèi)仿制藥將成為日益興起的仿制藥行業(yè)的下一個(gè)浪潮。

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130021 長(zhǎng)春，吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系

2009-11-25

·論著·