基因藥物研究進(jìn)展

胡晉紅(第二軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)學(xué)院藥學(xué)部，上海 200433)

自2000年6月26日科學(xué)家公布人類基因組研究工作草圖，人類基因組國(guó)際協(xié)會(huì)組和美國(guó)Celera遺傳公司分別于2001年2月在《Nature》(《自然》)和《Science》(《科學(xué)》)雜志上公布其完成的人類基因組測(cè)序草圖［1，2］，研究結(jié)果顯示人類基因組大約由30億個(gè)堿基對(duì)組成，有大約3.5萬(wàn)個(gè)可由親代向子代傳遞遺傳性狀的基因，有300萬(wàn)個(gè)核苷酸位點(diǎn)的不同，0.1%核苷酸位點(diǎn)的差異決定了人類的遺傳多態(tài)性(polymorphism)，控制著個(gè)體的發(fā)育、生長(zhǎng)、生殖和代謝，并且在疾病發(fā)生中和疾病的治療中起著重要作用。2001年7月，國(guó)際人類基因組計(jì)劃的科學(xué)家和美國(guó)Celera遺傳公司分別宣布將繪制人類基因組變異圖譜，人類基因組研究的主戰(zhàn)場(chǎng)將轉(zhuǎn)移至尋找不同人群之間的基因差異。隨著人類基因組學(xué)研究的快速發(fā)展，藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)和基因藥物(genetic drugs)的研究也發(fā)生了突破性的進(jìn)展。藥物基因組學(xué)研究了人類基因組信息和藥物反應(yīng)的關(guān)系、各種基因突變與藥效及安全性的關(guān)系，探討了藥物作用的遺傳多態(tài)性;利用基因組學(xué)信息解答不同個(gè)體對(duì)同一藥物反應(yīng)存在差異的原因，強(qiáng)調(diào)因人制宜的個(gè)體化用藥。我國(guó)基因藥物的研發(fā)始于20世紀(jì)80年代，利用人類基因技術(shù)開(kāi)發(fā)基因藥物也是我國(guó)近年來(lái)支持的醫(yī)藥重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

1 基因藥物的定義

1.1 生物藥物(biopharmaceuticals)的分類

生物藥物主要分為:(1)生化藥物(biochemical drugs)，是生物體的基本生化成分，基本特點(diǎn)為來(lái)自生物體。(2)生物技術(shù)藥物(biotechnology drugs)，為利用生物有機(jī)體(如微生物)或其組成部分(如細(xì)胞)發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的技術(shù)體系。現(xiàn)代生物技術(shù)包括:基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程。也可將這類藥物另稱為生物工程藥物，其中用基因工程生產(chǎn)的藥物，則稱基因工程藥物(genetic engineering drugs)。(3)生物制品(biological products)，包括人血液制品、疫苗等。

1.2 廣義的基因藥物

基因藥物廣義理解為基因工程藥物，可定義為:以基因組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的功能性基因或基因的產(chǎn)物為起始材料，通過(guò)生物學(xué)、分子生物學(xué)或生物化學(xué)、生物工程等相應(yīng)技術(shù)制成，以相應(yīng)分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量的生物活性物質(zhì)產(chǎn)品，臨床可用于某些疾病的治療、預(yù)防和診斷性治療。目前已有數(shù)百種基因藥物進(jìn)入臨床各期試驗(yàn)，基因藥物治療是現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)上的一次革命。1982年首次在美國(guó)批準(zhǔn)重組人胰島素生產(chǎn)，15年來(lái)國(guó)際已批準(zhǔn)了近30種基因工程藥物上市，如干擾素、白介素、胰島素、生長(zhǎng)激素、紅細(xì)胞生成素、粒細(xì)胞集落刺激因子、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子、組織纖溶酶原激活劑t、鏈激酶、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等。

1.3 狹義的基因藥物

基因藥物狹義理解為DNA藥物，可定義為具有特定序列結(jié)構(gòu)在體內(nèi)可以產(chǎn)生干擾或調(diào)節(jié)基因功能作用的基因物質(zhì)。是將具有治療意義的DNA重組入真核表達(dá)載體，直接轉(zhuǎn)移至人體細(xì)胞，在體內(nèi)表達(dá)出具有治療作用的多肽和蛋白質(zhì);或應(yīng)用直接作用于細(xì)胞內(nèi)或RNA、抑制基因復(fù)制和表達(dá)的核酸片段或其人工合成的類似物，以及對(duì)RNA具有特異切割作用的核酶等。DNA藥物可用于基因治療，通過(guò)基因置換、基因修復(fù)、基因修飾、基因失活、免疫調(diào)節(jié)、增加對(duì)治療的敏感性等治療人類的遺傳病癥、腫瘤的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散等并發(fā)癥、衰老疾病、心血管病癥、傳染性疾病和代謝性疾病等眾多疾病。DNA藥物治療途徑:(1)輸入完整的外源性功能(治療)基因，達(dá)到基因補(bǔ)充或治療的目的;(2)應(yīng)用與靶DNA或RNA互補(bǔ)的外源性核酸片段或其人工合成產(chǎn)品，干擾基因的復(fù)制和表達(dá)。我國(guó)基因治療自1987年起步，1995年立為重大項(xiàng)目，已經(jīng)對(duì)B型血友病、人惡性腦膠質(zhì)瘤等7個(gè)基因治療方案和10余種產(chǎn)品或方案進(jìn)行臨床前研究或臨床試驗(yàn)。DNA藥物的特點(diǎn):(1)將治療基因植入體內(nèi)，讓細(xì)胞自己合成和分泌藥用蛋白質(zhì)，達(dá)到防治疾病的目的。(2)不需要在體外合成和表達(dá)蛋白質(zhì)，也不需要在體外進(jìn)行分離和純化。(3)一次植入基因可以長(zhǎng)期有效，導(dǎo)入的基因可以接受細(xì)胞內(nèi)各種轉(zhuǎn)錄因子和內(nèi)外環(huán)境的調(diào)控，它不斷生產(chǎn)、不斷利用、不斷釋放。因此，勿需每日給藥。DNA藥物的種類:(1)細(xì)胞因子基因，如IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IL-2、IL-12、IL-18、TNF;(2)生長(zhǎng)因子基因，如VEGF、bFGF;(3)活性多肽基因，如消瘦素基因;(4)受體基因，如TNF-α和IL-1可溶性受體基因;血管緊張素Ⅱ可溶性受體基因;(5)酶基因，如激肽釋放酶基因、一氧化氮合酶基因、α-抗胰蛋白酶基因。

2 基因工程藥物的進(jìn)展

2.1 基因工程藥物發(fā)展階段

基因工程藥物(gene engineering drug)是將具有應(yīng)用價(jià)值的基因即“目的基因”裝備在具有表達(dá)所需元件的特定載體中，導(dǎo)入相應(yīng)的宿主細(xì)胞如細(xì)菌、酵母或哺乳動(dòng)物細(xì)胞，在體外進(jìn)行擴(kuò)增并經(jīng)分離純化后，獲得其表達(dá)的蛋白產(chǎn)物(如干擾素等細(xì)胞因子、生長(zhǎng)激素等激素、鏈激酶等外源性酶)［3］。自1972年人類基因重組技術(shù)誕生、1982年美國(guó)禮萊公司將人類第一個(gè)基因工程藥物——重組人胰島素投放市場(chǎng)以來(lái)，基因工程藥物隨著現(xiàn)代生物技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，1982年研制成功人工干擾素，基因制藥從此走上了產(chǎn)業(yè)化道路;1997年年底，英國(guó)PPL治療學(xué)公司率先利用克隆“多利”所采用的“細(xì)胞核轉(zhuǎn)變”法，培育出200頭攜帶人體基因的綿羊，并成功地從奶汁中提取了α-1抗胰蛋白酶，為建立“動(dòng)物藥廠”打下了基礎(chǔ);隨后，芬蘭科學(xué)家將人體的促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素基因植入乳牛的受精卵中，創(chuàng)造了能生產(chǎn)出促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素的乳牛，理論上這種乳牛1年可提取60～80 kg促紅生長(zhǎng)素，比目前全世界的使用量還多;目前科學(xué)已經(jīng)有能力修正天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可改進(jìn)其功能，使之發(fā)生微妙和有用的變化。1989年我國(guó)批準(zhǔn)了第一個(gè)在我國(guó)生產(chǎn)的基因工程藥物——重組人干擾素α-1b，標(biāo)志著我國(guó)生產(chǎn)的基因工程藥物實(shí)現(xiàn)了零的突破?；蚬こ趟幬镌诂F(xiàn)代生物制藥產(chǎn)業(yè)中的地位越來(lái)越重要，其發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段，見(jiàn)表1。

表1 基因工程藥物發(fā)展的3個(gè)階段

2.2 基因工程藥物分類

基因工程藥物大致分為10類:基因重組細(xì)胞因子、基因重組激素、基因重組溶血栓藥物、DNA藥物、基因工程抗體、基因工程血液代用品、反義核酸藥物、基因工程重組蛋白藥物、RNAi基因治療藥物、siRNA基因治療藥物。

2.3 基因工程藥物特有的優(yōu)勢(shì)

基因工程藥物治療與傳統(tǒng)的化學(xué)合成藥物治療相比具有以下3大優(yōu)勢(shì):(1)高療效和長(zhǎng)療效，好的載體能使治療基因在細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定表達(dá)治療蛋白，從而達(dá)到一勞永逸的效果，而傳統(tǒng)藥物代謝快，需經(jīng)常服用。(2)副作用少，與傳統(tǒng)藥物的全身性作用相反，基因治療藥物的靶向性特別強(qiáng)，可特異性地作用于某類組織及細(xì)胞上。(3)針對(duì)性強(qiáng)，基因治療可以解決那些對(duì)傳統(tǒng)藥物療效不好的疾病，如各種腫瘤、遺傳性疾病以及免疫相關(guān)性疾病等。因此，正是由于疾病治療的需求和基因工程藥物的優(yōu)勢(shì)，使基因工程藥物在臨床上的應(yīng)用也日益增多。

3 單克隆抗體(monoclonal Antibody，McAB)的進(jìn)展

3.1 單克隆抗體的研發(fā)

單克隆抗體是單個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆所分泌的抗體。是繼疫苗、重組蛋白后的最重要的一類生物技術(shù)產(chǎn)品，是21世紀(jì)生物技術(shù)和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，已成功應(yīng)用于治療腫瘤、自身免疫性疾病、感染性疾病和移植排斥反應(yīng)等。截至2011年5月，全世界已批準(zhǔn)123種基因藥物，進(jìn)展最快、獲得批準(zhǔn)最多的藥物是抗體藥物。近幾年來(lái)，全球至少有30種抗體藥物獲得批準(zhǔn)，這個(gè)數(shù)據(jù)每年還在增加。500多個(gè)單克隆抗體正在研發(fā)中，240個(gè)進(jìn)入臨床，2007年起，每年進(jìn)入臨床研究的單克隆抗體超過(guò)40個(gè)，2011年100多個(gè)單克隆抗體處于Ⅱ期臨床試驗(yàn)。新產(chǎn)品上市穩(wěn)定，近年來(lái)單克隆抗體市場(chǎng)銷售額呈直線上升趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。

3.2 抗腫瘤和治療關(guān)節(jié)炎單克隆抗體進(jìn)展

圖1 1997—2010年單克隆抗體市場(chǎng)銷售額

國(guó)外報(bào)道抗腫瘤單克隆抗體和治療關(guān)節(jié)炎單克隆抗體分享了45%的市場(chǎng)份額，2010年排在前10位的單克隆抗體銷售額均超過(guò)10億美元，英夫利昔單抗銷售獨(dú)占鰲頭，貝伐單抗、利妥昔單抗、阿達(dá)木單抗和曲妥珠單抗2010年銷售額均超過(guò)50億美元。國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局目前為止共批準(zhǔn)了17個(gè)單克隆抗體藥物，11個(gè)是進(jìn)口產(chǎn)品，6個(gè)自主研發(fā)，其中3個(gè)是國(guó)家生物制品一類新藥，均為抗腫瘤藥，還有一些仿制處于臨床階段［4］。2006—2008年上海、杭州、南京、武漢、成都及重慶的抗腫瘤單克隆抗體用藥總金額每年成倍增長(zhǎng)，見(jiàn)圖2。

圖2 2006—2008年上海、杭州等5城市抗腫瘤單克隆抗體用藥總金額變化情況

4 基因藥物亟待解決的問(wèn)題及發(fā)展方向

目前我國(guó)在基因藥物原創(chuàng)性研究和形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面與國(guó)外有較大的差距，需發(fā)展核心技術(shù)和公共平臺(tái)技術(shù)，贏得競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)。通過(guò)自主研發(fā)降低患者要承擔(dān)的巨額藥物費(fèi)用。單克隆抗體藥物療效還有待進(jìn)一步確認(rèn)，例如，如今大規(guī)模應(yīng)用的抗體藥物，跟已經(jīng)用了50年的氟尿嘧啶相比，并沒(méi)有體現(xiàn)出更好的效果?，F(xiàn)在幾乎絕大部分的抗體藥物在臨床上延長(zhǎng)患者生存率平均僅有3個(gè)半月。

今后我國(guó)基因藥物發(fā)展應(yīng)注重:(1)進(jìn)一步探索基因藥物的生物活性、發(fā)展基因工程藥物的新技術(shù)程序和合成途徑; (2)針對(duì)危害人類健康的重大疾病(創(chuàng)傷修復(fù)、心腦血管疾病治療、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腫瘤及老年疾病的治療等方面)防治藥物進(jìn)行研究;(3)在基因工程多肽及基因治療藥物、疫苗、藥物新劑型、分子診斷技術(shù)等方面進(jìn)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］ 陳飛虎.藥理學(xué)名詞解釋［J］.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2004，20(1):68-68.

［4］ 孟勝利.全人源單克隆抗體現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.國(guó)際生物制品學(xué)雜志，2011，34(4):169-174.