生化药物的研究与发展

生化药物的研究与发展

制药091 杨黎耀

一、概念

生化药物是从生物体分离、纯化所得，用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质, 以及用化学合成或现代生物技术制得的这类物质。

对以上定义, 需要作一些说明。首先, 生化药物的特点, 一是来自生物体, 二是生物体中的基本生化成分, 这是其定义的基本依据。作为生化药物的生化基本物质, 主要是氨基酸、肤、蛋白质、酶及辅酶、多糖、脂质、核酸及其降解产物。这些成分均具有生物活性或生理功能。

二、生化药物的资源

（一）动物来源许多生化药物来源于动物脏器（包括机体各个部分 , 因此有称为脏器生化药物。在在我国, 自古以来就有利用脏器防治疾病的丰富经验, 例如牛黄、胆汁、紫河车之类。

近年来虽然生化药物的资源不断扩大, 从植物和微生物提取、分离的生化药物逐年增加,但动物来源的生化药物仍占很大比例。尤其是我国家畜（猪、牛、羊等）、家禽（鸡、鸭等）和水产（鱼类）资源丰富, 并且大力开展综合利用, 因此我国现阶段生化药物仍以动物脏器来源为主, 品种达百余种, 接近国际水平, 这是符合我国国情的。

（二）微生物来源近年来用微生物发酵生产生化药物迅速增加, 是一个有发展前途的新途径, 其优点很多：（1）微生物（包括细菌、放线菌、真菌）及其代谢物资源十分丰富, 可开发潜力很大。（2）微生物易于培养, 繁殖快、产量高、成本低、便于大规模工业生产, 不受原料运输、保存、生产季节和货源供应的影响。（3）微生物还可通过诱变选育良种, 或用加入前体培养法大幅度提高产量。（4）微生物发酵也可综合利用, 从代谢物和菌丝体都可以制取许多种生化药物。（5）微生物（酶）转化法在生化药物的半合成。具有重要意义, 许多复杂的难以实现的反应, 利用微生物酶能专一和迅速地完成。现阶段用微生物、发酵法生产的生化药物有许多种, 以氨基酸、核酸及其降解物、酶和辅酶等的生产规模较

大, 其次在多肽、蛋白质、糖、脂、维生素、激素（甾体转化）及有机酸也有不少产品。

（三）植物来源目前从植物来源的生化药物品种不多, 规模也不大。例如从凤梨制取菠罗蛋白酶, 从木瓜制取木瓜蛋白酶, 从麦芽根制取复合磷酸酶, 从米糠油制取谷维素、β-谷固醇、亚油酸、肌醇, 从豆类制取植物凝集素, 从蓖麻籽和相思籽制取抗癌毒蛋白, 从茨菇制取蛋白酶抑制剂等。

（四）化学合成许多小分子生化药物已能用化学合成或半合成法进行生产。如氨基酸、多肽、核酸降解物及其衍生物、维生素和某些激素。并且可以通过结构改造以达到高效、长效和高专一性。有些大分子生化药物如酶分子也可以通过化学修饰以提高其稳定性和降低抗原性。

三、生化药物的概况和进展

（一）氨基酸、多肽和蛋白质类药物

1.氨基酸类药物从60年代以来, 微生物发酵和有机合成工业的迅速发展, 使氨基酸类药物的生产有了迅速的发展；而且在医药和其他方面的应用也越来越广泛。

2.多肽类药物是活性多肽用于疾病的治疗和诊断的一类药物。近年来多肽类药物有了很大进展。许多多肽类药物已搞清了结构,可以化学合成，通过结构与功能的关系的研究, 可以用结构改造或化学修饰方法以提高和延长药效及增强药理作用专一性, 并且发现了许多新的活性多肽和旧的多肽新的用途。

3.蛋白质类药物

（1）动物来源动物来源的蛋白质类药物较多, 单就血液制品就有数十种, 如人血白蛋白、丙种球蛋白、干扰素、血纤维蛋白原、血纤维蛋白以及其他生物制品等。

（2）植物来源

植物来源的蛋白质类药物,近年来也发现许多种。例如从菜豆提取植物凝集素, 有促进淋巴细胞转化作用。从瓜萎根提取的天花粉蛋白和从四季豆提取的蛋白均有抗生育作用。从蓖麻籽和相思籽提取的毒蛋白有抗癌作用。

（二）酶和辅酶类药物

1.酶类药物的进展自然界已知的酶有二千多种, 应用于工农业和医药卫

生就有数百种。酶制剂在工业上有许多用途, 例如蛋白酶用于皮革工业的脱毛和软化, 纺织工业丝麻的脱胶，脂肪酶用于羊毛脱脂等。在医疗上用于预防、治疗和诊断的酶也有近百种。其中诊断用酶约有30多种, 其优点是简便、快速、正确和灵敏, 已在临床广泛应用。

2.辅酶类药物许多维生素类是组成辅酶或辅基的成分, 结构简单者多数已能化学合成。结构较复杂的有辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、黄素单核苷酸（FMN）、黄素腺

等, 这些辅酶主要是从生物体提取分离。嘌呤二核苷酸（FAD）、辅酶A、辅酶Q

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3.酶抑制剂体内一切化学反应都是酶所催化和调节的, 体内的酶受到抑制, 就会影响代谢的正常进行。因此利用酶抑制剂可以达到治疗疾病的目的。

（三）核酸及其降解物和衍生物类药物

1.核酸从猪、牛肝提取的肝RNA制品对改善肝癌症状和治疗慢性肝炎与肝硬化有一定效果。

2.多聚核苷酸常见的有多聚胞苷酸、多聚次黄苷酸及双链聚肌胞（Poly J：C）它们是干扰素诱导剂（尤其是后者）, 可从微生物发酵制取或化学合成, 它具有抗病毒、抗肿瘤等作用, 而且有刺激吞噬作用、调整免疫功能。

3.核苷酸和核苷类药用核酸降解物种类很多, 较为重要的有混合核苷酸、混合脱氧核苷酸、cAMP、CTP、CDP-胆碱、GMP、IMP、AMP和肌苷。ATP早先是从免肌提取,后来改用微生物发酵制得5’-AMP或化学合成的腺嘌呤为原料, 结合酶转化法生产ATP。工艺简便、产量高、成本低、纯度高。

（四）多糖和脂类药物

1.多糖类药物单糖如葡萄糖、甘露糖和木醇糖等早已做为药用, 而多糖类药物近年来发展很迅速, 已引起人们的重视。其中以粘多糖类较为重要。粘多糖是指含有氨基已糖和糖醛酸的一类多聚糖, 因含有糖醛酸和硫酸基故又名酸性粘多糖, 在体内它们多数与蛋白质结合, 故常用碱或蛋白酶处理, 而后用酒精沉淀、季胺化合物沉淀、离子交换层析或区带电泳等分离方法。

2.脂类药物主要有磷脂、胆汁酸、卟啉和多不饱和脂肪酸等。

（五）其他生化药物

1.维生素类维生素类药物大多数能化学合成, 部分是微生物发酵。

2.组织提取物制剂主要有肝制剂、骨宁注射液、热藏大脑组织液和眼制剂

等。

四、生化制药工艺和技术的进展

（一）从天然产物直接提取分离生化制药工艺几十年来经历了几个阶段, 早在40年代以前, 生化药物的生产处于初期阶段, 多系从生物体, 尤其是动物脏器直接提取, 由于当时生化技术和分离手段还处于落后状态, 产品品种少, 产量和质量低, 多为粗制品。50年代以后迄今由于生化新技术的应用, 生化药物有了迅速的发展, 品种大为增加。

（二）生物工程生物工程是以现代生物学, 包括生物化学、微生物学、分子遗传学等学科的新成果为基础, 结合经济建设而开展起来的新领域, 它是新的技术革命的产物之一。生物工程的范围很广, 包括微生物发酵工程、酶工程、细胞工程和遗传工程（也即基因工程）。

五、生化药物分离和捡测技术的进展

（一）分离技术过去生化药物一般是用有机溶剂提取和分级沉淀、等电点沉淀、盐析、透析、离心、结晶等经典方法进行分离精制,这些技术迄今仍沿用, 但近代生化技术已不断发展并广泛应用。如各种选择性吸附剂和吸附层析、离子交换树脂、大孔型离子交换树脂、大孔吸附树脂、离子交换纤维、凝胶过滤、微孔薄膜、超离膜、等电聚焦、各种电泳技术、亲和层析、固定化酶或细胞、高效液相层析等。

（二）检测技术由于生化药物的化学本质多为生物大分子, 其质量及效价过去多采用生物检定法，既不经济又费时, 准确性又较差。以后由于新分析技术的相继出现, 除少数仍沿用生物检定外, 已逐步向理化分析、仪器分析发展。如电泳技术、气相层析、高效液相层析、红外、紫外、质谱、核磁共振、氨基酸自动分析、氨基酸顺序测定、超离技术、放射免疫和酶标记免疫技术、生化试纸、酶试剂和酶电极检验等。

六、我国生化药物的发展与研究

（一）蛋白质类药物

1.细胞因子

分子生物学及基因工程技术的发展使许多细胞因子已能用基因克隆方法制备并应用于临床, 这为生化制药工业开辟了良好的前景。

干扰素类药物：除有抑制细胞生长及抗病毒作用外, 尚有免疫作用。目前IFN 已广泛应用于病毒性疾患、毛细胞白血病、多发性骨髓瘤和慢性粒细胞白血病等。

白细胞介素类药物: 是一类介导白细胞间相互作用的细胞因子。已有三家获准生产IL-2; IL-3 正在做临床研究, 即将申报新药审评; IF-4 和IL-6 正处于中试阶段。

集落刺激因子：是一组控制粒细胞、单核—巨噬细胞和某些造血细胞繁殖和分化的糖蛋白; 是癌症化疗、放疗和骨髓移植后的重要辅助治疗药物。有四家研制的GM-CSF(粒-巨噬细胞集落刺激因子) 已经基本通过新药审评, 重组人粒细胞集落刺激因子注射液已批准试产。

表皮生长因子( EGF) : 主要由消化道腺体如涎腺、十二指肠Brunner 氏腺合成。可调节胃酸分泌, 促进伤口愈合及肝细胞再生,主要试用于创面愈合及消化性溃疡的再生。冻干表皮生长因子已批准生产。

神经生长因子( NGF) : 是目前唯一被纯化, 并搞清其结构的神经营养因子。

转移因子( TF) : 从普通非特异性转移因子向特异性发展是近年来也将是我国今后的发展方向。目前已经批准生产的有注射用抗乙肝转移因子及抗乙肝胎盘转移因子注射液等。

2.多肽

脑活素: 是近年来临床应用最为广泛的生化药物之一, 主要用于脑血管疾病。95 年国内已正式批准生产。

降钙素: 其结构为具有32个氨基酸的多肽。主要用于高钙血症、骨质疏松症引起的疼痛和变形性骨炎。进口原料生产的制剂鲑降钙素注射液已批准生产。随着我国人口的老龄化, 对降钙素的要求将越来越多, 因而降钙素的开发在国内将更有潜力和前途。

（二）酶类药物

1.超氧化物歧化酶( SOD): 是生物体内唯一以自由基作为底物的酶。国内SOD 作为药物研制已经有十多年历史, 药用SOD 已处于待批生产的阶段; 同时对SOD 进行了化学修饰及SOD 脂质体的研究工作, 其中猪Cu、Zn-SOD 已进行二期临床试验, 用于治疗关节炎、辅助放疗与化疗、治疗烧伤等。

2.人尿胰蛋白酶抑制剂( UTI) : 是一种糖蛋白, 国内已研究人尿的综合利用, 在提取尿激酶后, 再提取精制UTI。

（三）多糖类药物

1.低分子肝素(LMWH) : 为平均分子量小于8000 的硫酸化葡糖胺聚糖的盐, 是肝素家簇的发展, 其抗血栓和出血倾向优于肝素。在过去的十年里, 我国对LMWH 的制备、理化性质、抗FXa 和抗FIIa 活性、药效学、药动学、注射剂、口服和透皮吸收制剂进行了较系统的研究。目前, 低分子肝素钙正进行临床前的申报阶段。

2.透明质酸(HA) : 在过去的十几年里,我国对HA 进行了深入细致的研究。相继开发出了用于眼科手术的HA 注射液、用于治疗干眼病的滴眼液和用于治疗关节病的制剂。研究HA 与其他药物的复方制剂, 如与硫酸软骨素、与抗炎药、与多肽类细胞生长因子( 如成纤维细胞生长因子、表皮生长因子等) 合用以达更佳疗效的复方制剂正成为研究开发的方向。

3.甲壳素: 是一种生物多糖高分子物质, 广泛存在于海洋生物( 虾、蟹) 的甲壳中。目前国内尚无药用甲壳素产品, 其制备工艺、药理学及毒理学、作为药剂辅料及质量分析等仅停留在研究阶段。甲壳素作为药剂辅料的应用非常广泛, 且对多种药物具优良的作用, 尤其是用于缓释、控释, 故甲壳素的开发将特别引人注目。

（四）制剂技术

1.脂质体( Liposome): 是一种类脂质双分子层形成的超微型球状载体, 具有生物膜的功能和特性, 它可避免一些大分子药物进入机体后引起的过敏反应, 增加药物在体内的停留时间, 降低药物毒性等。

2.新的给药途径—蛋白质及多肽类：蛋白质及多肽类药物一般采用注射给药, 多次特别是长期( 如胰岛素治疗糖尿病需终生给药) 给药时, 显然不方便。为了寻找替代注射的给药途径, 人们做了不少的努力。张梅红等综述了多肽类药物的非注射给药途径、胰岛素经眼给药、口服制剂及鼻腔、肺部给药的研究进展, 如何使国内的实践跟上国外的研究, 并实现商品化是我们面临的重要问题。

七、国外生化药物的发展与研究

氨基酸产量以日本最大。谷氨酸年产最高达25万吨, 其次为D，L一蛋氨酸

10万吨、赖氨酸2万5千吨。日本氨基酸每年总产值达10亿美元。1978年出口值达7亿美元。用于食品、饲料、药品、化妆品、洗涤剂及高分子聚合物、药品方面所占比例较少。在生产方法上最早采用水解法为多, 1955年开始采用发酵法生产谷氨酸成为生产氨基酸的主要方法。七十年代以后出现了酶法合成及前体发酵, 收率进一步有了提高。

日本从1956年起用纯氨基酸的混合输液代替水解蛋白。效果好, 副作用少, 主要用作大面积创伤和手术后的营养剂。

酶作为药物已有很久的历史, 以蛋白酶应用为最早,1950年后由于精制方法的改进, 许多蛋白酶都能提纯, 制成注射用荆型, 对消除体内炎症, 清除疮口, 祛痰化脓等都有效果, 尚有许多酶, 根据它对底物的专一性, 找到了不同的临床用途, 例如凝血酶的止血作用, 无花果酶的驱虫作用, 透明质酸酶的药物扩散作用, L-天冬酸胺酶的治疗白血病等等。

近代分子生物学的研究证明生命的活动是生物体内不断进行生化反应的结果, 而生化反应的进行几乎都是受酶的影响, 许多疾病往往是因酶的作用失调所造成, 因此利用一种酶抑制剂控制体内某种酶活力, 或者抑制某个酶的活力阻断一个生化反应的进行, 可达到治疗某种疾病的目的。近年来国外对酶抑制剂的研究范围日渐广泛, 被认为是寻找新药的有效途径之一。

活性多肽是一类在体内具有生理功能的多肽物质, 最早发现的有脑垂体中的催产素、加压素、促肾上腺皮质激素等。此后在身体其他部位也发现有活性多肽, 如脑中发现的神经肤及消化道中发现的胃泌素、胰泌素等。近年来对于活性多肽的研究偏重于分子结构的改造和搞清其构效关系, 在此基础上合成比天然物具有更强生理活性的物质。或者当一种多肽物质兼有几个生理功能时, 有意地合成一种衍生物, 使它只有一种有益的功能, 而没有或很少有其他副作用。目前国外已合成了大量这类衍生物, 从中选取疗效好、副作用少的药物, 如下丘脑激素、胃肠激素、神经垂体激素等等。

五十年以后核酸的研究进入了一个新阶段。如研究肿瘤病毒的核酸合成时发现了反转录酶, 有人提出如果反转录酶能被抑制, 则肿瘤可望解决。又如在研究干扰素抑制肿瘤细胞生长的机理时找到一种寡聚核苷酸, 它能插入到mRNA分子中去扰乱肿瘤蛋白的合成。这为今后寻找肿瘤药物提供理论基础。

八、我国生化制药面临的发展良机

我国加人WTO后, 生化制药工业将平等参与国际分工和市场竟争。与国外企业相比, 国内企业在技术、资金、管理等方面还存在很大的差距, 但我国发展生化制药也有潜在的机遇。主要体现如下方面：

首先, 生化药物属天然药物, 我国生物资源种类繁多, 生物物种的多样性决定了生化药物产品的多样性。这就为我国生化药物的发展带来了机遇。我国利用生物资源已生产数百种生化药物, 有效地保障了医药临床需要, 有些产品还在国际上占有重要地位。随着海洋生物、陆地野生生物资源的研究开发, 我国天然生物资源的利用将会达到一个新的水平。

其次, 生化药物有着生物活性, 但有些尚没有达到人类所预期的程度, 主要在提高疗效及减少其不良反应方面, 还需作大改进工作。通过组合化学、计算机辅助设计、用分子生物学的方法计算受体与药物结合能力的大小, 预测新药活性的构效关系, 可筛选出更新更好的生化药物, 可为发展新的生化药物提供了广阔夭地。

再次, 生化制药工业经多年发展, 在教育、科研、生产、临床等方面都已形成较为独立的体系,为进一步发展创造了必要的支撑条件。尤其是世纪末人类基因组计划已经基本完成, 应用基因组研究的成果, 研究开发更好的生化药物更加具备了主客观条件。

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