第一篇　总　论

基因工程技术就是将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌（细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。基因工程药物是指利用基因重组技术对基因进行克隆、重组、表达，通过大肠埃希菌、酵母、哺乳动物细胞等工程细胞生产的新型药物，在临床上已经开始广泛应用，为制药工业带来了革命性变化。1982年第一个基因工程药物产品——人重组胰岛素投入市场，标志了现代生物技术医药产业的兴起。此后30余年中，有数百种基因工程药物进入市场，有上千种基因工程药物正在进行临床试验，形成了一个新兴的朝阳产业。

基因工程药物研制的主要程序是：目的基因的克隆；构建DNA重组体；将DNA重组体转入宿主菌构建工程菌；工程菌的发酵；外源基因表达产物的分离纯化；产品的检验等。以上程序中的每个阶段都包含若干细致的步骤，这些程序和步骤将会随研究和生产条件的不同而有所改变。基因工程药物的生产是一项十分复杂的系统工程，可分为上游和下游两个阶段。上游阶段是研究开发必不可少的基础，它主要是分离目的基因和构建工程菌（细胞）；下游阶段是从工程菌的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量控制等。基因工程药物的生产首先需要获得目的基因，然后用限制性内切酶和连接酶将所需目的基因插入适当的载体质粒或噬菌体中并转入大肠埃希菌或其他宿主菌（细胞），以便大量复制目的基因。对目的基因要进行核苷酸序列分析。目的基因获得后，最重要的就是使目的基因表达。基因的表达系统有原核生物系统和真核生物系统。选择基因表达系统主要考虑的是保证表达的蛋白质的功能，其次要考虑的是表达量的多少和分离纯化的难易。将目的基因与表达载体重组，转入合适的表达系统，获得稳定高效表达的基因工程菌（细胞）。下游阶段是将实验室成果产业化、商品化，它主要包括工程菌大规模发酵最佳参数的确定、新型生物反应器的研制、高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的制备技术、生物传感器等一系列仪器仪表的设计和制造、电子计算机的优化控制等。工程菌的发酵工艺不同于传统的抗生素和氨基酸发酵，需要对影响目的基因表达的因素进行分析，对各种影响因素进行优化，建立适于目的基因高效表达的发酵工艺，以便获得较高产量的目的基因表达产物。为了获得合格的目的产物，必须建立起一系列相应的分离纯化、质量控制、产品保存等技术。

基因工程药物的研究主要针对功能基因组和基因转录本mRNA两类生物大分子，以基因为靶的药物研发有三种手段：同源重组基因剔除、与DNA或RNA作用的合成寡核苷酸，以及和DNA或RNA结合的其他分子。基因的核酸药物治疗在致病靶基因选择上，可以分为癌基因、抑癌基因、生长因子及其受体、细胞信号转导系统功能分子、细胞周期调控物质、酶类等基因，以及外源致病微生物（例如HIV、SARS）的结构基因。许多癌基因的高表达、原癌基因及肿瘤相关基因的激活都与肿瘤细胞发生密切相关。抑制此类基因的表达，封闭肿瘤药物抗性基因表达均可达到抑制肿瘤相关性状和肿瘤发生的目的。目前就有300多个针对卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、实体瘤等肿瘤发生相关基因的反义核酸药物进入Ⅰ～Ⅲ期临床研究。例如： c- myc基因反义核酸治疗心血管疾病，进入临床Ⅱ期（AVI Biopharma公司）。细胞程序性死亡抑制基因 bcl- 2反义核酸治疗实体肿瘤、非霍奇金淋巴瘤，进入临床Ⅲ期（Genta，ISISPharmaceuticals公司）。核苷酸还原酶基因的反义核酸治疗实体瘤，进入临床Ⅲ期（Lorus Therapeutics公司）。 H- ras基因反义核酸治疗实体瘤进入临床Ⅰ期（ISIS Pharmaceuticals）。

体现细胞功能的蛋白质既是传统药物作用的靶标，时至今日也仍然是蛋白质组计划寻求的药物靶。然而，人体细胞约有10万种功能基因，能产生约100万种蛋白质，鉴于阐明如此浩大数量的蛋白质和动态变化的蛋白质组以及网络式关联的蛋白质间相互作用非常困难，以蛋白质为药物靶标，从蛋白质的相互作用中遴选出功能蛋白作用靶，研发生物药物面临着巨大挑战。基因工程药物则主要针对功能基因组和基因转录本mRNA等两类生物大分子。从基因DNA和转录本mRNA结构上看，基因DNA和组蛋白等因为形成复杂结构，使得小分子药物可及性差；另外反基因技术中，基因剔除方法目前还仅仅处在实验室的细胞株以及动物模型试验阶段，尚不能预见未来是否能应用于疾病治疗；三螺旋形成寡核苷酸（TFO）和针对启动子区序列的诱骗（decoy）序列寡核苷酸，虽然可以阻止转录因子同基因启动子结合，从而阻止基因转录表达，但因为启动子序列一般为细胞功能基因所共有，所以它们不能特异消除某种基因表达。因此，以反基因组DNA为药物靶标的反基因药物离应用尚有较大差距。相比之下，基因转录本mRNA的结构最为简单，同时在数量上又远远少于蛋白质，目前所见的基因药物大多数为反mRNA药物。在此领域的研究日新月异，新思路、新技术方法不断涌现。研究功能基因mRNA的结构，发展针对mRNA的各种核酸药物，即反义寡核苷酸、特异水解基因mRNA的核酸酶以及具有干扰作用的双键RNA（siRNA），是目前研究基因药物的最佳策略之一。

现有研制和生产基因工程药物的方法，是利用DNA重组技术生产蛋白质，对于蛋白新药的发现仍然局限于常规药物的发现模式，一个基因工程新药的产生是依靠对天然蛋白因子的结构改造后得到的，只有那些人体内较高表达的蛋白质才较大可能地被发现和生产。过去新药发现过程大多数是随机的、偶然的和被动的，如阿司匹林、磺胺及青霉素药物等。分子生物学及基因克隆技术的出现改变了药物研究的途径，具体表现在：①基因克隆和体外表达技术可用来产生人体靶标，当人体组织的来源受到限制甚至变得不可能时，这种方法显得尤为重要。人源蛋白靶标代替动物蛋白来进行药物筛选具有重要意义。②克隆方法可用来产生那些从天然途径分离较为困难或危险的靶标，如从HIV中分离蛋白酶，病毒颗粒中其含量很少，而以生物化学方法分离则需要大量培养这种致命的病原体。③用克隆序列进行交叉杂交是确证相关靶标的一种快速方法，考察受试化合物对相关靶标的选择性有助于将药物的不良反应降至最低。④定点诱变可用来验证药物相互作用的假设，为药物化学家指出努力方向。