轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)在生物制藥上的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在生物制藥中的應(yīng)用徐玉尚 08生物（2）摘要：簡(jiǎn)要論述了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的概念、制作方法及應(yīng)用領(lǐng)域。就轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在制藥工業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的國(guó)內(nèi)外研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用情況進(jìn)行了闡述，具體綜述了利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白、人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)醫(yī)療保健品、治療人類(lèi)疾病及新藥篩選的動(dòng)物模型。并對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的發(fā)展前景作了展望。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因動(dòng)物；生物制藥產(chǎn)業(yè)；轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥；應(yīng)用許多科學(xué)家預(yù)言，21世紀(jì)是生物科學(xué)的世紀(jì)，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為眾多科學(xué)家和企業(yè)家競(jìng)相研發(fā)的熱點(diǎn)1。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥則更是近年來(lái)世界范圍內(nèi)研究熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)。作為一門(mén)生物高新技術(shù)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究既具有深遠(yuǎn)的

2、理論價(jià)值，又有重大的應(yīng)用價(jià)值，因而成為近年來(lái)生物工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。而轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用或食品蛋白，即轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥。本文通過(guò)回顧轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)生產(chǎn)藥物的研究進(jìn)展來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥進(jìn)行介紹。1轉(zhuǎn)基因動(dòng)物概述1.1轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的概念現(xiàn)代遺傳學(xué)家認(rèn)為，基因是DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱(chēng)，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段。基因位于染色體上，呈線(xiàn)性排列?；虿粌H可以通過(guò)復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達(dá)。轉(zhuǎn)基因一詞是20世紀(jì)80年代由美國(guó)的一位科學(xué)家提出的，它是指遺傳物質(zhì)在生殖細(xì)胞間跨物種的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基

3、因動(dòng)物就是所有組織細(xì)胞攜帶有外源基因的動(dòng)物，而這一遺傳物質(zhì)可以由親代向子代傳遞，通過(guò)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，使生物體能夠在一定程度上按人們的意愿表現(xiàn)某些性狀。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的概念很?chē)?yán)謹(jǐn)，必須是采用基因工程技術(shù)，對(duì)生殖細(xì)胞進(jìn)行整合，而且能正常表達(dá)和遺傳給后代，這樣才可稱(chēng)之為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。具體而言，所謂轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，就是用實(shí)驗(yàn)的方法將人們所需要的外源目的基因?qū)雱?dòng)物的生殖細(xì)胞受精卵里，并整合該細(xì)胞后發(fā)育成為個(gè)體整合的外源基因，整合的外源基因又能影響其后代遺傳的動(dòng)物。若外源基因與動(dòng)物本身的基因（染色體）整合在一起，外源基因就能隨細(xì)胞的分裂而增殖，在體內(nèi)得到表達(dá)，并能穩(wěn)定地遺傳給后代 。2-41.2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的制作方

4、法若使動(dòng)物組織能夠特異性地表達(dá)外源蛋白質(zhì)，必須人為地將編碼這種蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)移到動(dòng)物的胚胎中，使目的基因能夠整合到動(dòng)物染色體上，進(jìn)而得到表達(dá)。制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法主要有：原核期胚胎的顯微注射法、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染發(fā)育早期的動(dòng)物胚胎法、精子載體法、原生殖細(xì)胞法、胚胎干細(xì)胞法、體細(xì)胞移植技術(shù)、腺病毒載體法和精子頭與轉(zhuǎn)移基因共注射法。目前一般使用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體法（應(yīng)用較為成功的方法）、顯微注射法、精子載體法及YAC介導(dǎo)法等來(lái)制作轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。但顯微注射方法是最常用的轉(zhuǎn)基因方法，它的缺點(diǎn)是不能控制轉(zhuǎn)基因的整合位點(diǎn)及整合的拷貝數(shù)。2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥2.1轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥的優(yōu)越性 利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物具有很多

5、優(yōu)點(diǎn)，它設(shè)備簡(jiǎn)單，不耗能，無(wú)環(huán)境污染；生產(chǎn)的藥物品種多，產(chǎn)量高，質(zhì)量好；生產(chǎn)周期短；成本低。利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物-乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)基因藥物是一種全新的生產(chǎn)模式，比以往的制藥技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)越性，好比在動(dòng)物身上建“藥廠”。我們可以從動(dòng)物的乳汁中源源不斷獲得目的基因產(chǎn)品。它的優(yōu)越性還表現(xiàn)在產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)產(chǎn)物已經(jīng)過(guò)充分修飾和加工，具有穩(wěn)定的生物活性。另外，作為生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無(wú)限繁殖，故具有投資成本低、藥物開(kāi)發(fā)周期短和經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)。以轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)目的產(chǎn)品，可極大地降低成本和投資風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外經(jīng)濟(jì)學(xué)家曾算過(guò)一筆帳，若用其他生產(chǎn)工藝（如哺乳動(dòng)物細(xì)胞株培養(yǎng)系統(tǒng)）生產(chǎn) 1g藥物蛋白質(zhì)，成

6、本需800-5000美元；而利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物只需0.02-0.5美元。從藥物生產(chǎn)開(kāi)發(fā)周期方面來(lái)看，目前一種新藥從研制開(kāi)發(fā)、藥審直到上市，整個(gè)過(guò)程約需15-20年。如果利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物-乳腺生物反應(yīng)器，新藥生產(chǎn)的周期為5年左右。如以動(dòng)物繁殖的周期計(jì)算，從目的基因?qū)胧芫训匠墒烀谌榈闹芷?，轉(zhuǎn)基因羊是18個(gè)月，而轉(zhuǎn)基因牛也只要25-29個(gè)月 。5-62.2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥過(guò)程生物機(jī)體對(duì)能量的利用與轉(zhuǎn)化效率是當(dāng)今世界任何一種機(jī)械裝置所望塵莫及的。因此，通過(guò)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)藥物是至今為止所能想象得出的最有效、最先進(jìn)的系統(tǒng)。動(dòng)物乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的生物反應(yīng)器，有強(qiáng)大的生產(chǎn)蛋白質(zhì)的能力。20世紀(jì)80代中

7、期，英國(guó)科學(xué)家克拉克首先在小鼠的乳腺組織中高效表達(dá)了人的抗胰蛋白酶因子基因，開(kāi)創(chuàng)了研制動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的先河。1991又在綿羊乳腺中表達(dá)了人的抗胰蛋白酶因子基因，在這只母羊初乳中，該藥品的含量高達(dá)35g/L。物體內(nèi)，細(xì)胞的分化需要發(fā)育基因來(lái)調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)是由多種蛋白質(zhì)因子對(duì)增強(qiáng)區(qū)和啟動(dòng)區(qū)中成叢順式元件進(jìn)行作用實(shí)現(xiàn)的。最有效的順式元件之一就是“基因座控制區(qū)”。用乳汁蛋白質(zhì)基網(wǎng)的調(diào)節(jié)元件，不僅有可能使轉(zhuǎn)基因的表達(dá)只限于乳腺組織，而且可能使轉(zhuǎn)基因得到高水平表達(dá)和大量生產(chǎn)。各種酪蛋白、乳清蛋白和乳腺蛋白等基因的調(diào)節(jié)元件已相繼被克隆和投入使用。2.3轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在生物制藥中的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在生物制藥中的

8、應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：改良動(dòng)物品種和生產(chǎn)性能；生產(chǎn)人藥用蛋白和營(yíng)養(yǎng)保健蛋白；生產(chǎn)人用器官移植的異種供體；建立疾病和藥物的篩選模型；生產(chǎn)新型生物材料等。1998年物技術(shù)產(chǎn)品的總銷(xiāo)售額為62億美元。預(yù)計(jì)到2010年總銷(xiāo)售額將達(dá)到110億美元。其中75億美元是轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)品。并且主要是藥用蛋白和營(yíng)養(yǎng)保健蛋白。2.3.1利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白 1998年全球重組蛋白類(lèi)藥物總銷(xiāo)售額為138億美元，抗體的銷(xiāo)售額超過(guò)20億美元。利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白主要通過(guò)3種渠道。一是通過(guò)血液，Dnx公司將人的血紅蛋白基因轉(zhuǎn)移給豬種，這樣可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因豬來(lái)生產(chǎn)人血紅蛋白。二是通過(guò)尿腺，利用膀胱中尿腺合成和分泌

9、蛋白的功能作為反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物終其一生都將產(chǎn)尿，并且尿中幾乎不含脂肪和其他蛋白，容易純化。1996年Kerr和Wau獲得能在尿液中表達(dá)人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因小鼠，含量高達(dá)0.5g/L。也有利用動(dòng)物的精囊腺來(lái)表達(dá)一些外源基因，理由是蛋白的表達(dá)水平非常高，但蛋白的分離純化十分困難。三是通過(guò)乳腺，泌乳是動(dòng)物的一種生理活動(dòng)，對(duì)動(dòng)物健康沒(méi)有影響，加之乳腺攝取、合成、分泌蛋白質(zhì)的能力很強(qiáng)，并且能對(duì)重組蛋白質(zhì)進(jìn)行多種翻譯后加工，包括羥基化、糖基化、氨基化等，同時(shí)能將重組蛋白質(zhì)折疊成有功能的構(gòu)象。利用轉(zhuǎn)基因家禽（如家雞）產(chǎn)蛋的特性，試圖在禽蛋中表達(dá)有價(jià)值的蛋白也是動(dòng)物生物反應(yīng)器研究的熱點(diǎn)之一，但還沒(méi)有證

10、據(jù)表明生產(chǎn)外源基因能夠穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因家禽技術(shù)已經(jīng)成功。此外，轉(zhuǎn)基因昆蟲(chóng)（如家蠶）生物反應(yīng)器也有報(bào)道，但影響較小。因此，動(dòng)物乳腺是目前公認(rèn)的生產(chǎn)重組蛋白質(zhì)的理想器官。72.3.2利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)醫(yī)療保健品 營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品或稱(chēng)營(yíng)養(yǎng)保健品是美國(guó)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新基金會(huì)創(chuàng)始人和會(huì)長(zhǎng) Stephen和Defeuce在近年提出的名詞，它的定義是“食品或食品的部分成分有醫(yī)療和保健的功能，包括預(yù)防和治療疾病”。據(jù)美國(guó)商業(yè)信息研究所估計(jì)，美國(guó)21世紀(jì)初的營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品市場(chǎng)大約為 2500億美元，而歐洲將超過(guò)這個(gè)數(shù)字。目前全球營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品市場(chǎng)的平均增長(zhǎng)率超過(guò)187%。其中營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用蛋白的發(fā)展?jié)摿ψ畲?，已?jīng)成為營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品的支

11、柱。 美國(guó)食品與藥物管理局（FDA）明文規(guī)定，營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品必須是科學(xué)研究的結(jié)晶，是生物高技術(shù)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理必須得到科學(xué)的闡明，傳統(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)的、作用不明確或功能不穩(wěn)定的產(chǎn)品不能作為營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品銷(xiāo)售，F(xiàn)DA也不會(huì)受理和批推。營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品一般分為3類(lèi)：食物保健品、功能性食品和藥物食品。盡管營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品的市場(chǎng)潛力巨大，發(fā)展速度驚人，但目前只能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的10%-15%。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在此領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，全球最大的一些制藥公司都紛紛投資營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用蛋白的研究開(kāi)發(fā)，而另一些巨型生物技術(shù)公司則更是將某些營(yíng)養(yǎng)保健品作為拳頭產(chǎn)品來(lái)發(fā)展，原因是一種藥物需要10年以上的開(kāi)發(fā)時(shí)間和至少 2.5億

12、美元的資金才有可能走向市場(chǎng)，而營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品只需要幾百萬(wàn)美元和幾年的時(shí)間。更重要的是，營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品的利潤(rùn)非常大。中國(guó)市場(chǎng)目前的普通營(yíng)養(yǎng)品（如蜂王精等）的年銷(xiāo)售額為150-200億人民幣，營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品的年銷(xiāo)售額僅為100 億人民幣。據(jù)有關(guān)部門(mén)的估計(jì)，21世紀(jì)初中國(guó)營(yíng)養(yǎng)醫(yī)用品的市場(chǎng)為每年800-1000億人民幣。由于中華民族有長(zhǎng)期進(jìn)補(bǔ)和藥品保健的傳統(tǒng)，這個(gè)數(shù)字顯然是保守的。2.3.3建立診斷、治療人類(lèi)疾病及新藥篩選的動(dòng)物模型 在動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)問(wèn)世之前，發(fā)現(xiàn)自然突變體幾乎是遺傳學(xué)家獲取遺傳疾病模型的惟一途徑。目前，遺傳學(xué)家可以通過(guò)精確地失活某些基因或增強(qiáng)修復(fù)某些基因的表達(dá)來(lái)制作各種各樣的研究人類(lèi)疾病的動(dòng)物模

13、型、治療模型和新藥篩選模型。建立模型首先必須獲得轉(zhuǎn)基因疾病動(dòng)物，這些動(dòng)物的發(fā)育、生理、病理及其他有關(guān)表型可以通過(guò)缺失或破壞原來(lái)正常表達(dá)的基因來(lái)實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是通過(guò)轉(zhuǎn)基因使基因加倍或基因打靶的方法?；虼虬械膬?nèi)容包括破壞或徹底清除某一基因組基因，即基因敲除（knock-out）；也包括在基因組基因中引入定向突變，以研究突變對(duì)動(dòng)物機(jī)體的影響；還包括對(duì)突變基因的修復(fù)（通常 knock-in）以及對(duì)基因組基因的其他修飾，這方面主要用于基因治療，或者利用新型化學(xué)和蛋白藥物來(lái)檢測(cè)治療效果?；虼虬械姆肿釉硎峭粗亟M。目前利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可篩選抗腫瘤、抗艾滋病、抗肝炎病毒、抗腎臟疾病的藥物。已有的動(dòng)物

14、模型約400多種，其中應(yīng)用基因敲除制作的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的疾病模型占大多數(shù)，約310, 種，而基因過(guò)量表達(dá)的動(dòng)物模型約40種?？傊?，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥的可行性已毋庸置疑，而且技術(shù)已經(jīng)成熟。目前，國(guó)際上有13家公司開(kāi)發(fā)乳腺生物反應(yīng)器，最領(lǐng)先的已經(jīng)做臨床3期。也就是從2000年AT-3提出新藥申請(qǐng)開(kāi)始，很快會(huì)有多種由轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)的商品上市。美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)紅十字會(huì)預(yù)測(cè)：到2010 年轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)的商品將達(dá)到 350億美元的銷(xiāo)售額，生產(chǎn)的藥物將占整個(gè)基因工程藥物的90%以上。我們可以滿(mǎn)懷希望，充滿(mǎn)信心地看到：“動(dòng)物制藥廠”不再是一個(gè)美麗的夢(mèng)想，而是近在咫尺的現(xiàn)實(shí)。8-9參考文獻(xiàn)1 勞為德,主編.動(dòng)物細(xì)胞與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥M 北京：化學(xué)工業(yè)出版社20022 郝捷、馮波、王建辰.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究進(jìn)展J. 動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展2004,25(1):13 劉文獻(xiàn).轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)研究綜述J .生物技術(shù),2003,(4):394 沈子龍、廖建民、徐寒梅.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物制藥J.中國(guó)藥科大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,33(2):815秦惠基.轉(zhuǎn)基