基因工程药物

1990年启动的人类基因组计划(HGP),历经艰辛和竞争,终于在10年后传出特大喜讯。参与该项目的各国科学家2000年6月26日宣布,HGP的工作草图已经绘制完成,美国总统克林顿于当晚在白宫向全世界公布人类基因密码,这是人类科学史上又一里程碑式的创举。
随着人类基因组逐渐被破译,一张生命之图将被绘就,人们的生活也将发生巨大变化。对于医药行业也是一次巨大的冲击,基因工程药物已经走进人们的生活,利用基因治愈更多的疾病不再是一个奢望。因为随着我们对人类本身的了解迈上新的台阶,很多疾病的病因将被揭开,药物就会设计得更好些,治疗方案就能"对因下药",生活起居、饮食习惯有可能根据基因进行调整,人类的整体健康状况将会提高,21世纪的医学基础将由此奠定。
科学上新的突破,往往会产生出人意料的变革,现在我们即将面临的就是围绕基因工程制药而展开的一次空前剧烈的较量。为了使医药界做好迎战的准备,不至于在这次竞争中落伍。本文就基因工程药物的基本知识、现状、态势,进行全面的论述,以促进医药界和临床工作者一道去积极地思考和行动。
1.什么是基因工程药物
所谓基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质,然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来,经过一系列基因操作,最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去,这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞,在受体细胞不断繁殖过程中,大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质,即基因疫苗或药物。
以乙型病毒性肝炎(以下简称乙肝)疫苗为例,像其他蛋白质一样,乙肝表面抗原(HBSAg)的产生也受DNA调控。利用基因剪切技术,用一种"基因剪刀"将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来,装到一个表达载体中,所谓表达载体,是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来;再把这种表达载体转移到受体细胞内,如大肠杆菌或酵母菌等;最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖,生产出大量我们所需要的HBSAg(乙肝疫苗)。
长期以来,医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作,但曾一度陷于困境。乙肝病毒(HBV)主要由两部分组成,内部为DNA,外部有一层外壳蛋白质,称为HBSAg。把一定量的HBSAg注射入人体,就使机体产生对HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体,可以清除入侵机体内的HBV。过去,乙肝疫苗的来源,主要是从HBV携带者的血液中分离出来的HBSAg,这种血液是不安全的,可能混有其他病原体[其他型的肝炎病毒,特别是艾滋病病毒(HIV)]的污染。此外,血液来源也是极有限的,使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪,远不能满足全国的需要。基因工程疫苗解决了这一难题。 与上述的血源乙肝疫苗相比,基因工程生产的乙肝疫苗,取材方便,利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌,它们有极强的繁殖能力,并借助于高科技手段,可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。在小孩出生后,按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序,就可获得终身免疫,免受乙型肝炎之害。正是基于1996年我国已有能力生产大量的基因工程乙肝疫苗,我国才有信心遏制这一威胁人类健康最严重、流行最广泛的病种。这是基因工程药物对人类的贡献典例之一。
当人或动物受到某种病毒感染时,体内会产生一种物质,它会阻止或干扰人体再次受到病毒感染,故人们把此种物质称为干扰素(Interfero,简称IFN),是1957年英国科学家多萨克斯(Lossaacs)和林德曼(Lindenmann)在研究流感病毒干扰现象时发现的。干扰素具有广谱抗病毒的效能,是一种治疗乙肝的有效药物,国际上批准治疗丙型病毒性肝炎的药物只有它。但是,通常情况下人体内干扰素基因处于"睡眠"状态,因而血中一般测不到干扰素。只有在发生病毒感染或受到干扰素诱导物的诱导时,人体内的干扰素基因才会"苏醒",开始产生干扰素,但其数量微乎其微。即使经过诱导,从人血中提取1mg干扰素,需要人血8000ml,其成本高得惊人。据计算:要获取1磅(453g)纯干扰素,其成本高达200亿美元。使大多数病人没有使用干扰素的能力。1980年后,干扰素与乙肝疫苗一样,采用基因工程进行生产,其基本原理及操作流程与乙肝疫苗十分类似。现在要获取1磅(453g)纯干扰素,其成本不到1亿美元。基因工程生产出来的大量干扰素,是基因工程药物对人类的又一重大贡献。
随着基因工程技术的进展,基因工程药物正在不断增加,创造了可以长期获取更大利润的商机。
2.基因工程药物现状
据不完全统计,目前在欧美诸国,已经上市的基因工程药物已接近百种,大约还有超过300种药物正在临床试验阶段,处于研究和开发中的品种将近2000个。值得注意的是,近一、二年基因药物上市的周期有明显缩短的迹象。与一般药物研究开发相比,基因工程药物的研究投入之大令人瞠目。在美国,这种药物的研究经费是通常工业研究平均投入的近10倍,并且还呈逐年增加的趋势。不乏有那些大的跨国公司为垄断市场以致长期获利而冒险涉足,如美国强生公司为开发一个重组人红细胞生成素(EPO)产品,竟投资不下20亿美元。但获利也是十分丰厚的。
因为基因工程药物大多数是人体内原有的物质,所以一般副作用较小。自1982年第一个基因工程药物"人胰岛素"在美国上市以来,其他基因工程药物,如重组人生长激素、重组人干扰素、重组肿瘤坏死因子(rTNF)、促红细胞生成素(EPO)、重组白细胞介素(rIL)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)、单核细胞集落刺激因子(GM-CSF)、组织型纤维蛋白质酶原激活剂(t-PA)、心纳素(ANF)等等,先后被美国食品和药品行政管理局(FDA)批准上市。如今在美国将一个基因工程药品推上市场,只要1亿美元(仅为化学合成药的一半)。现在美国已批准了62个基因工程药物和疫苗的产品上市,基因工程药物的美好前景,受到全世界的重视。
我国现在约有200家单位共有1万余名科研和技术人员,专门从事基因工程药物的研究、开发和生产。目前已成功生产了12个产品(附表),国外现有的基因工程药物,我国目前大部分也能生产。但总的来说,我国基因工程制药产业尚属起步阶段,真正在市场上崭露头角的产品大都由企业自行开发投产,已经上市的基因工程药物中,绝大部分是属于跟踪外国产品研制的,以仿效为主,创新方面还有待突破。预计2000年我国基因工程药物产值将达22亿元。
有统计证实,迄今全球排名前25位的制药公司中已有20余家通过建立分装厂、合资或设置办事机构等方式在中国展开市场角逐,给新兴的中国基因工程药物市场带来不可低估的竞争压力。在现阶段我国基因制药产品的市场竞争中,跨国公司的优势已非常明显:以美国为例,自1982年世界上第一个基因工程药物---重组人胰岛素进入市场以来,到1999年美国已有62种基因工程药物获准上市,在强大的资金投入保证之下,他们的跨国公司拥有了大部分基因工程药物的专利权。在新产品开发、技术创新能力、以及生产技术和生产工艺上,他们的领先地位决定了他们的市场竞争能力。
我国三生公司是国内基因工程药品最多的企业,已经有三种产品上市,年内还将有一种国家一类新药"重组人血小板生成素"(TPO)投入生产。1997年3月,股份制改造完成,被外贸部批准为国内基因工程制药领域首家股份制合资企业。
基因工程药物的研究开发,摆脱我国医药企业创制新药的困境方面具有特殊的机遇。因为:(1)这些产品大多数均为生物化学基础研究的直接成果,较少受到发明专利的限制;(2)基因工程药物大多数是在近几年才应用生物技术进行研究开发的,因此我国可以与国外在同一起跑线上,有条件赶上世界研究水平,开发自己独创的一类新药;(3)生物技术在药物代谢、药物作用机理与药物剂型以及新药筛选模型的建立与改造药物生产传统工艺上,也是一项新型现代制药工业领域,急待研究与开发,具有举足轻重的战略地位。
3.展望
人类基因组测序工作的完成,人们期待已久的人类基因密码的破译,会使我们对人的健康与疾病起因有更深入的认识,随之而来的将是更多的新防治药物的产生和新疗法的问世,为基因工程制药产业带来新的发展契机。
然而,第一张人类基因组测序工作草图尚未弄清所有人类基因的功能,一旦人的基因产物(即活性蛋白质)被表达出来,将会有几千种具有特殊疗效的现代药物诞生。我们乐观地期待着这场新药革命的来临。
基因工程制药产业所展示的诱人前景,使这一领域的竞争会变得更为残酷。就在6月底国际人类基因组研究小组发布完成人类基因组工作草图的同时,美国塞莱拉公司也宣布它的成果。这家公司没有满足仅仅靠提供单纯基因信息来获利,而且又在近期表示将展开全面破译人体蛋白质的研究,这显然又一次掀起基因工程制药的新攻势。
随着现代医学的发展,传统的医药设计正在酝酿着一场根本性的革命,将从目前药物生产主要依据患病人群共性的设计思路,走向今后根据不同人群,甚至不同家族或个体的遗传特征来设计的新思路,即医药个体化或医药家族化。 这一发展趋势目前已在世界范围内形成了一门新兴学科---药物基因组学(Pharmogenomics),并且引起了世界医学界的高度重视。欧洲、美国等相应的管理机构已纷纷颁发文件,国际著名的大制药公司也竞相投入巨资,制定发展计划。1999年,这个行业创造43万多个就业机会,470亿美元营销收入,研发投资110亿美元,税收100亿美元。因此,基因工程药物有着很大的增长空间,前景广阔。