李素霞 袁勤生 中国药学会生化与生化与生物技术药物专业委员会
人类已进入21世纪，生化与生物技术药物领域已取得巨大的发展。从分子、基因水平认识生命改造物种，在人类面前展现出一片崭新的天空。生化与生物技术药物在造福人类的同时也带来了相应学术和社会争端，给我们提出了许多新问题。下面选取几方面问题供讨论。
1 国内生化与生物技术药物的研究开发现状
我国生化药物的研究和开发起步于20世纪的70年代，到了90年代已有许多产品步入产业化。1996年，我国生物技术药物的产值为18亿元，实现利润5亿元；到1997年上市的基因工程药物有12种，年产值达30亿元；2000年产值达69亿元，2003年产值达99亿元，2005年的年产值已达400亿元。2007年产值超500亿元。有关专家预测，未来几年，生化与技术药物的年增长率不会低于12%。
目前国内市场的生物技术药物主要是基因工程乙肝疫苗、IFN-a、IL-2、GM-CSF、EPO、重组胰岛素、重组链激酶、重组表皮生长因子、促肝细胞生成素等基因工程药物近40个品种（包括药物新剂型）；t-PA、IL-3、重组尿激酶（UK）、rh-SOD等十几个品种在进行Ⅰ～Ⅲ期临床试验，重组凝乳酶等40多种基因工程新药正在进行研究开发，传统的生化药物（如透明质酸钠、肝素钠、低分子肝素钠等）在质量控制和新剂型改进等方面取得进展。2005年，我国批准了4个具有自主知识产权的生物技术药物：重组人脑利钠素、碘131美妥昔单抗注射液、重组人血管内皮抑制剂和重组人五型腺病毒注射液，表明我国的生物药物研究已开始从仿制转入创新的阶段。
2006年我国申报的101种生物制品中，有92种生物制品属于国产申报，只有9种是进口申报。92种国产申报产品中有68种为注射剂，有37种是有关干扰素的。24种非注射剂型中，重组人干扰素a1b、a2b及a2a的剂型有19种，包括：喷雾剂，滴鼻剂，口腔粘贴片，阴道泡腾片，栓剂，口含片等。注射剂中有重组干扰素的聚乙二醇化及其他变异体，注射用重组人干扰素a2a与肿瘤血管特异性结合多肽NGR融合蛋白，充分体现了剂型改造及结构改造在生物药物中的重要性。
其它的非注射剂型中，还有重组水蛭素肠溶缓释胶囊、外用重组人粒细胞-巨噬细胞刺激因子凝胶剂、外用重组人酸性成纤维细胞生长因子、重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子喷雾剂、口服重组B亚单位/菌体O139霍乱疫苗肠溶胶囊、重组结核分枝杆菌蛋白38KDa皮试变态反应原。
申报的新的品种有：重组人组织型纤溶酶原激酶衍生物、注射用重组人甲状旁腺激素、注射用重组促胰岛素分泌素、注射用重组尿酸氧化酶、重组人肝细胞生长因子裸质粒注射液、重组腺病毒BB-102抗癌剂。
12种属于抗体药物：包括重组人CD22单克隆抗体注射液、重组抗CD3人源化单克隆抗体注射液、注射用重组抗TNF-alpha人鼠嵌合单克隆抗体、注射用重组人Ⅱ型肿瘤坏死因子受体-抗体融合蛋白、重组人血管内皮生长因子受体-抗体融合蛋白注射液（玻璃体注射）、重组人CD22单克隆抗体注射液、注射用重组人II型肿瘤坏死因子受体-抗体融合蛋白、重组抗EGFR人鼠嵌合单克隆抗体注射液、注射用重组人CTLA4-抗体融合蛋白、重组抗CD52人源化单克隆抗体注射液、重组人CD22单克隆抗体注射液。体现了抗体人源化的趋势。
进口申报的品种只有9种，包括重组人凝血因子VIII、重组人红细胞生成素-β注射液、b型流感嗜血杆菌偶联疫苗、乙肝重组疫苗、人乳头瘤病毒（6，11，16，18型）四价重组疫苗、注射用重组人促甲状腺素a（CHO）、重组人生长激素注射液。基本上为重组动物细胞表达产品。疫苗方面体现了多价的特点。
2我国目前及未来生化与生物技术药物的研究方向
1）生物技术药物
国际未来十年的发展趋势，生化与生物技术药物的开发主要集中在以下5个类别的产品上：单克隆抗体、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质类药物和疫苗。根据国情，以下几方面可作为重视和加强的领域。
（1）利用基因工程技术开发天然资源贫乏、量少难以获得的生物活性物质
世界各国研究成功的生物技术药物近100个品种，并有近千种药物在进行I～Ⅲ期临床试验和FDA评价。如重组细胞因子和激素类药物：rhGH、rhFSH、rhHCG、rh-SOD以及IGF-1、TGF-、FGF-、NGF等。
（2）利用蛋白工程研制新药
在研发蛋白质工程药物方面，已成功完成许多工作，如为降低IL-2的副作用，将125位的Cys残基用Ser取代，成为一种新型的IL-2，其生物活性和稳定性提高。利用蛋白质工程技术对现有蛋白质一类药物进行改造，使其具有较好性能，是获得具有自主知识产权生物技术药物最有效途径之一。
（3） 发展反义寡核苷酸药物
目前国外至少有18种反义寡核苷酸药物进入临床试验，包括针对感染性疾病、癌症及炎症的反义寡核苷酸，其中Isis2922是FDA批准的第一个反义核酸药物。
（4） 利用人类基因组计划的研究成果研究与开发生物技术药物
利用人类基因组成果研发新药主要包括两方面内容，一是直接利用功能基因表达生产蛋白质类药物，二是以致病基因为靶点研发各种类别的药物（如化学药物、基因药物等）。
2）传统的生化药物
（1）生化药物的剂型研究
目前我国生化药物的在剂型方面比较单一，多数药物只有一或两种剂型，限制了其临床应用。其传递系统的改造和创新，大有潜力可为，可以从以下三个方面考虑。
一是利用剂型的改变，可增加药物的新用途，扩大其适应证。如玻璃酸钠的注射液、滴眼液、散剂等分别在眼科、关节病及手术外科等有不同的适应证。二是通过剂型的改变，方便用药。许多生化药物即时疗效不明显，常常需要长期用药，这使患者对某些剂型（如注射剂）难以接受，影响药物的使用，尤其是用作预防的药物，必须方便用药。例如，利用胸腺激素类药物来提高免疫力，利用低分子肝素来预防血栓，利用玻璃酸钠和硫酸软骨素来防治关节疾病等，都以经口服用药为宜。这方面的工作虽有一定的难度，但已取得良好进展。三是现代制剂技术在生化药物的应用，生化药物制剂的研究起点要高，要直接采用新技术、新材料，创制先进的药物传递系统。
（2）生化药物的制备方法和生产工艺
在生化药物的制备工艺方面，过去广泛使用了溶剂提取法、沉淀法、酶解法、吸附法和离子交换法等传统技术，从总体上看，是不够先进的，仍有改进的潜力，在具体操作步骤以及材料和设备方面应不断改革，使其具有先进性。
结合制备工艺的改进，可以修改、提高产品的标准，使产品具有较高的质量，经报批后实施，是生化药物发展的一个重要趋势。
（3）生化药物的生物活性与药理作用及临床应用研究
生化药物作为生物体中的化学成分，具有的天然结构存在着生物活性与药理作用的合理性，但有些生物活性在治疗上远远没有达到预期效果，还需做大量的研发工作。在国内，过去生化药物的新药研发工作，由于种种原因，在申报时往往先选择一项临床最容易试验的内容。今后的研究中，对传统的生化药物，选择有特色的新适应症加以开发，定有成效。另外，根据生化药物本身可能存在的某种优势，通过临床试验来充分发掘，是开拓市场、产生经济效益的重要途径。
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发展享有自主知识产权的新生化与生物技术药物
1）新生化药物资源的研究
从人们传统观念，生化药物的来源仅局限于脏器、组织和代谢物，但实际远远不止这些，生命体都是我们寻找开发的对象，新生化药物资源可以从以下几方面发掘：
（1）动物资源的发掘和综合利用
新生化药物资源的研究是开发我国具有自主知识产权的新生化药物的有效途径。如近年来利用山羊脾脏、鲨鱼肝、扇贝和羊胚胎等作为制备生化药物的原料的研究，都是值得肯定的。
（2）海洋生物资源的开发
海洋是巨大的生物资源宝库，蕴藏着大量的抗菌、抗肿瘤、抗病毒、调节血脂、降血压等生化活性物质，从海洋生物中开发生化药物是未来研究开发的重点。
（3） 其他生物资源的开发
某些生物具有特殊的生物活性物质，如蚯蚓中的蚓激酶，水蛭中的水蛭素，蜂素和蝎素等，日本学者根据一些生物体生活在肮脏的环境里不生病的现象，从中提取抗菌作用的蛋白质，这些例子显示了研究开发特殊生化药物的思路。
（4）多糖与寡糖类药物
多糖类物质具有广泛的生物活性，如免疫调节、抗炎、抗病毒、降血糖、抗凝血等，目前重点开发是真菌和植物来源的多糖。与蛋白质一样，多糖在自然界的存在具有广泛性和复杂性，且不同序列的多糖片断具有不同的生物活性，因此多糖也是生化药物的宝库。活性多糖的研究可以从以下三个方面进行。
①继续从真菌、植物中寻找活性多糖，另一个重点是从动植物特别是中草药中寻找高效的活性多糖；
②对已发现的具有活性的多糖进行改造和化学修饰；
③对大分子活性多糖进行降解，开发低分子和寡糖药物。
2）新基因的克隆与表达
天然型的许多细胞因子、酶及酶抑制剂、蛋白质激素几乎全部为国外知识产权所囊括，在批准的生物技术药物中，只有IFN-a1b一种是我国自行研制的，可见问题的严重性。目前我国正在积极研发的中国人肥胖基因、新型葡激酶基因、各种蛇毒有效成分基因、东亚蝎神经毒素基因以及鲨鱼血管抑制因子基因等克隆与表达都为新药研究带来希望。
2005年，我国批准了4个具有自主知识产权的生物技术药物：重组人脑利钠素、碘131美妥昔单抗注射液、重组人血管内皮抑制剂和重组人五型腺病毒注射液，表明我国的生物药物研究已开始从仿制转入创新的起始阶段。2006年申报的新品种有：重组人组织型纤溶酶原激酶衍生物，注射用重组人甲状旁腺激素，注射用重组促胰岛素分泌素，注射用重组尿酸氧化酶，重组人肝细胞生长因子裸质粒注射液。
3）蛋白药物的分子修饰
在天然药物的基因工程研究相当普遍的情况下，采用分子修饰这一创造性工作是极其有意义的，因为它可避免知识产权的侵犯，另一方面又为新药研究开辟一条新途径。基因工程药物的缺失体、突变体、嵌合体乃至蛋白质工程的融合蛋白等大有用武之地。例如2006年申报的生物药物中，有重组集成干扰素的聚乙二醇化及其他变异体、聚乙二醇化重组集成干扰素变异体注射液、注射用重组集成干扰素变异体。
4）以天然生化药物为新药的先导化合物
从广义分析，天然存在的生化药物可以认为是新药的先导化合物。如果根据其对物质结构与功能关系的了解，借助于计算机分析技术，将生物化学、分子生物学、药物化学、药理等知识综合起来，进行新型药物的计算机辅助分子设计，就能制成数以万计的新化合物，进行定向筛选，将会大大提高新生化药物研制的成功率，通常采用的策略是：
① 以生物活性成分为主的化学研究获得的多种活性化合物，对其进行结构鉴定和分析，并以此为基础，定向研究其药理作用，最终发现新的活性成分。
② 以药理活性为导向的生物有效成分的研究，以药理活性为导向的天然产物有效成分研究，实际上是活性评价与生物分离相结合的策略。通过药理活性的评价，就可确定需要分离的生物体部位和组成，较快地获得有效成分。
为了提高工作效率，还应建立生物活性评价的高通量筛选模型，采用高通量药物筛选方法，对快速分离得到的各种样品进行活性评价，获得各种样品的活性信息，并在此基础上建立样品制备及样品信息库。
高通量药物筛选技术是一种新技术，将其应用到生化药物的新药筛选上尚没有一种成熟的方法，只有经过实际的不断摸索，才能充分发挥新技术优势，我们期望借助于此方法能获得更多有自主知识产权的新的生化药物。
4建立我国生物技术药物研究创新体系
1） 研究开发具有自主知识产权的基因工程药物
新药的研究与开发是一项周期长、投资大、风险高的研究项目。据国际上的统计，一种新药成功上市，平均需花10-15年，筛选1-2万种化合物，耗资3-5亿美元。
以人类基因组数据，采用生物信息学方法，发掘药物作用的靶标。
目前，全世界治疗药物的作用生物靶标约500个，主要是细胞受体（占45%）、各种酶靶（占28%）、激素与因子（占11%）、离子通道（2%），其他（9%）。而人类基因组中，据保守统计，含有靶标约5000-10000种。其中酶靶约3500种，离子通道约2000种，G蛋白偶联受体约1000种，核受体约150种。
2）加强抗体药物的研发
抗体药物的研究与开发的技术流程包括：靶分子的挑选、抗体人源化、人抗体制备、抗体基因克隆、抗体库构建、抗体筛选、抗体表位预测、建模分析、动物模型、人体试验、细胞培养等。
当今世界，抗体药物是生物医药的研发热点，单克隆抗体药物引发了生物技术药物开发革新浪潮，在全球生物技术药品市场份额中稳居第二，并有超过重组蛋白药物的趋势。近年来已有20种单克隆抗体药物被美国FDA批准上市，其中有9种已被欧盟批准，并有数十种进入I期或II期临场试验（见表-1）。
我国已有几种治疗性单克隆抗体获得国家批准进入临床实验。流行性乙型脑炎单克隆抗体首次用于临床治疗，作为国家I类新药已通过新药审评，进入了Ⅳ期临床实验。肝癌单克隆抗体导向治疗剂131I标记的HAbl8及131I标记的酶解片段F(ab’)2作为国家I类新药均获得国家批准，进入了Ⅱ期临床实验，显示了良好的治疗效果。还有多种治疗性基因工程抗体产品也正在开发研制之中。克服单克隆抗体人源化后效价下降的问题，解决大规模生产的瓶颈，是实现治疗性抗体能在临床上获得广泛应用的必要条件。
我国的干细胞研究经过近20年的发展已有了一定的基础，其中研究和应用最多的是造血干细胞。20世纪90年代以来，除骨髓移植外，外周血和脐血干细胞移植也逐步普及应用于治疗血液病和肿瘤，据不完全统计，到目前为止，我国各地共进行了2 000多例造血干细胞移植，许多白血病和其他疾病患者接受治疗后已完全治愈。
除造血干细胞外，胚胎干细胞、治疗性克隆的研究以及组织干细胞的研究和应用已在我国多家研究机构中进行，如中国科学院动物所、中国科学院遗传所、西北农业大学、中山大学中山医学院等。另外，军事医学科学院、北京大学和中国医学科学院等开展组织干细胞分离、体外培养、跨系和跨胚层分化、分化调控、定向诱导等方面做得较好。我国目前已掌握了脐血干细胞分离、纯化、冷冻保存以及复苏的整套技术，并在北京、天津济南、广州、上海、成都等地建立了多个脐血库，预计保存规模可达5万份以上脐血样本，以缓解脐血干细胞数量不足缺陷。北京大学人民医院等单位也已进行了数十例的库存脐血干细胞移植，用于治疗再生障碍性贫血等疾病；北京大学干细胞中心在人类角膜干细胞研究方面，已成功建立了非病毒转化的角膜干细胞体外培养体系，并已进入临床研究申请阶段。
组织工程是在组织水平上操作的生物工程，它涉及临床医学、发育生物学、细胞生物学、分子生物学、高分子化学和材料工程学等学科。该工程是将体外培养扩增的正常组织细胞种植于生物相容性良好并能被机体吸收的生物材料上的一类产品，包括组织、器官和细胞制品。该类制品主要用于整形外科、器官和组织移植，其发展迅速，国外于1991年将软骨细胞接种于可降解材料上，于裸鼠体内形成新的软骨组织；于1994年利用PGA塑型的载体种植软骨细胞，获得半透明软骨组织；同年在裸鼠体内形成了气管内环柱状毛上皮复合组织；1997年还利用半透明软骨在裸鼠背上预制了人耳形耳郭，而且国外对皮肤、肝脏、胰腺、肌腱、血管、输尿管、肺脏、小肠和神经组织的研究也取得了很大进展。
我国组织工程研究进展迅速。已有中日友好医院、军事医学科学院、上海第二医科大学等单位对软骨及肌腱进行了研究。第一军医大学对骨髓间质干细胞定向诱导分化以及原生殖细胞进行了研究。首都医科大学对神经组织工程进行了系统研究，并取得了可喜的进展。尚需建立各个环节中的质控标准以控制产品质量。主要包括对细胞的外源因子的污染、遗传特性以及组织相容性等检查内容建立相应的质量控制标准。还需对细胞外支架材料建立实验室质控标准，如组织相容性、生物安全性、可吸收度以及可塑性等方面的标准。 由于干细胞研究的关键技术只是在最近几年才得以突破，我们和西方国家处在比较接近的起跑线上，所以在这一领域最有希望做出科学上的原创性贡献。 采用基因工程技术，克隆和表达保护性抗原基因，利用表达的抗原产物或重组体自身制成的疫苗称为重组疫苗，是新一代疫苗的研制方向。目前我国研究成功的有重组乙肝疫苗、福氏-宋内痢疾双价疫苗、霍乱疫苗、轮状病毒疫苗等。疫苗是预防传染病最有效的手段，而目前传染病仍严重威胁人类健康和生命，如艾滋病、病毒性肝炎等，有的目前尚无疫苗或现有疫苗效果及使用上存在诸多问题。今后主要目标是研究、开发新疫苗和改进现有疫苗。疫苗产业难度在于投资强度大、研究和开发周期长、某些疾病免疫机制尚不明确等，因而使疫苗开发风险很大。预计在21世纪联合疫苗、可控缓释疫苗、载体疫苗(多价)、偶联疫苗、DNA疫苗、T细胞疫苗和治疗性疫苗制造技术将会有较大进展。这些新技术将在我国应用于发展肝炎疫苗、腹泻疫苗、新一代细菌性疫苗和病毒性疫苗以预防肝炎、腹泻、脑膜炎、结核病、幽门螺杆菌感染、钩端螺旋体病、艾滋病等疾病。 近来，国外大量关于治疗肿瘤的疫苗进入临床研究，为肿瘤的生物治疗提供了一个新的途径。肿瘤疫苗包括肿瘤细胞和基因改变的肿瘤或其他细胞、细胞裂解成分、多抗原组分、纯化蛋白质、合成蛋白多肽、神经节苷脂等物质、含有肿瘤抗原基因的病毒和质粒载体等。以肿瘤特征性受体的部分特异性氨基酸序列为抗原的疫苗开发研究正进入申报临床试验阶段。 在我国，肿瘤、糖尿病、心血管疾病与传染病仍是危害我国人民健康的重要疾病。发展治疗性疫苗将对治疗持续性感染和肿瘤、糖尿病、心血管疾病等做出有益的贡献。另外，开发治疗性疫苗所需经费相对比较低廉，便于推广和应用。当前在国际上治疗性疫苗也仅开始起步，如果我国能抓紧时机，选准目标产品集中力量组织攻关，将能有所作为。 随着现代生物技术的迅猛发展，针对现代生物药物研究中存在的问题，运用功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学等在内的现代生化与分子生物学技术，结合基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、生物芯片等技术，现代生物药物的研究与开发在新世纪会取得更大的发展。 | 
