基因工程在医学上的应用
摘要：自20 世纪70 年代基因工程诞生以来, 以DNA 重组技术为核心的现代生物技术一直是人们研究的热点，本文主要介绍了基因药物的定义、获得途径、种类、治疗方法以及基因药物的应用前景。
关键词：基因药物；获得途径；种类；治疗；应用前景
1. 基因工程
1.1 基因
基因是脱氧核糖核酸（DNA ）分子上的一个特定片段。不同基因的遗传信息，存在于各自片段上的碱基排列顺序之中。基因通过信使核糖核酸（mRNA ），合成特定的蛋白质，使基因得到表达。
1.2 基因工程
基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生需要的基因产物。
2. 基因药物
2.1 基因药物定义
基因工程药物是根据人们的愿望设计的基因, 在体外剪切组合, 并和载体DNA 连接, 然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞) , 使目的基因在靶细胞中得到表达, 最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂, 从而成为蛋白类药或疫苗。
2.2 基因药物获得途径
2.2.1 转基因植物
利用转基因植物生产基因工程疫苗, 是将抗原基因导入植物, 让其在植物中表达, 人或动 物摄入该植物或其中的抗原蛋白质, 以产生对某抗原的免疫应答。转基因植物生产疫苗的研 究主要集中在烟草、马铃薯、蕃茄、香蕉等植物。
Curtiss和Cardineau 在1990年以专利形式发表了将变异链球菌表面蛋白抗原基因（SpaA) 转入烟草获得表达，并在饲喂后的小鼠体内诱导了抗SpaA 的粘膜免疫应答，并证明所诱导的抗体具有生物活性。
Mason HS 等于1992年采用农杆菌LBA4404介导的方法在烟草中表达重组乙肝表面抗原HBsAg （rHBsAg ），在小鼠体内可以诱导有效的免疫应答，产生LgG,LgM 。
[5] Arakawa等将霍乱毒素B 亚基CT-B 基因导入马铃薯中，在饲喂后的小鼠体内检测到了
特异性的抗体。
美国食品药品监督管理局（FDA ）批准了Arntzen 领导的研究小组进行首例转基因植物口服疫苗的临床试验。
2.2.2 转基因动物
利用转基因动物的乳腺作为生物反应器, 生产基因工程人类蛋白质药物, 其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低, 故近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究。 动物乳腺生物反应器(Mammary gland bioreactor) 属于转基因动物范畴，是利用转基因动物的乳腺组织生产基因工程人类药用蛋白。
[8] Stromqvit等于1997年以乳清蛋白（WAP ）为调控序列，在转基因鼠中获得胞外过氧
化物歧化酶的表达。
John等于1999年在转基因鼠乳汁中得到了成熟的胶原蛋白分子。
Liu等于2000年利用羊β-乳球蛋白启动子在转基因鼠乳汁中成功地表达了CTLA4lg 融合蛋白。 [10][9][7][6][4][3][2][1]
2.2.3 发酵培养
利用微生物发酵、动物细胞培养是目前工业化生产基因工程药物的最主要方法。基因工程则突破了这一局限性, 可大量生产这类多肽和蛋白质, 迄今已成功地生产出胰岛素、干扰素、生长激素、生长激素释放抑制因子等百余种产品。
3. 基因工程药物种类
3.1抗生素类
利用基因工程技术可以对生产菌种进行基因改造，得到表达水平高. 产品目的性强的菌株。
王以光等利用基因重组技术对螺旋霉素产生菌进行改造, 增强了丙酰基转移酶的基因在螺旋霉素产生菌中的表达, 并提高了丙酰螺旋霉素的产量
3.2活性多肽类
3.2.1胰岛素
Goeddel等学者在1978年应用基因重组技术开发出使用大肠杆菌生产人胰岛素。
目前，生产胰岛素的工艺和技术也不断得到完善，我国新疆转基因羊已能够成功表达人胰岛素原为胰岛素的生产开发了新途径。
3.2.2生长素
Goeddel等学者在1978年应用基因重组技术开发出使用大肠杆菌生产人生长素。目前，我国基因工程人生长素已研制成功，并投入市场和用于临床使用。
3.3细胞免疫调节因子
俄罗斯科学家构建了以假单胞菌为载体的表达系统来生产基因工程干扰素。与传统的大肠杆菌表达系统相比其培养周期短，细胞易于破碎便于提取。
夏小兵等利用限制性内切酶分别从含有抗乙型肝炎S 抗原人源单链抗体与人干扰素a 质粒中切出目的基因。连接到pET22b ，质粒中，构建成单链抗体靶向干扰素表达载体，在大肠杆菌中表达成功
3.4疫苗
P Valenzuela等人将S 基因(HBV表面抗原基因) 的一个片段克隆在一种载体上, 结果在酵母中合成出来HBV 表面抗原(HbsAg)颗粒, 酵母表达系统现在已经能够大规模生产供给人类使用的重组肝炎疫苗。
3.5基因治疗制品
基因治疗存在两种方式" 即间接体内法和体内法。间接体内法主要是通过在体外进行基因转移，筛选可表达外源基因的细胞，然后再转移到体内。体内法则是直接在体内改变与修复遗传物质。
由病毒介导的基因转移系统主要包括逆转录病毒、腺病毒、疱疹病毒和腺病毒相关病毒等。
Naldini等开发一种基于HIV 的重组Rt 载体, 不需要辅助细胞, 能广泛感染各种非分裂细胞，同时保留了能整合在宿主染色体上的特点。
另外一类是非病毒介导的基因转移系统，包括脂质体、分子偶联载体、基因枪和裸DNA 等。反义核苷酸技术也可应用于基因治疗, 尤其在抗乙肝病毒的基因治疗方面.
2001年Robaczewska 等首次通过静脉给予反义DNA 选择性抑制北京鸭HBV 在鸭肝脏中的复制和表达, 证明了反义DNA 在动物实验中的有效性
4. 基因工程药物治疗
4.1基因工程药物治疗肿瘤
李振宇等制备慢病毒载体为基础的野生型及突变型单纯疱疹病毒胸苷激酶、基因工程T 细胞并研究应用HSV ．sr39．TK ／ACV 系统进行防治GVHD ，以达到减轻前体药物毒性，拓宽[17][16][15][14][13][12][11]
前体药物选择范围的目的。
高丽等研究基因重组荞麦胰蛋白酶抑制剂(rBTI)诱导HL-60细胞凋亡的作用，结果表明来自蓼科植物的重组养麦胰蛋白酶抑制剂能够有效的抑制HL-60肿瘤细胞的生长，抑制作用呈剂量依赖性，但对正常外周血单核细胞的生长没有影响。
韩明勇等采用Lipofectamine2000将携带人IL-18基因的质粒pCDNA3．1-hIL-18转导入Bcap37细胞中，并筛选出阳性克隆。裸鼠致瘤实验和抗瘤实验表明IL-18基因转染降低了Bcap37细胞的肿瘤原性，IL-18基因修饰的Bcap37细胞具有明显的抗肿瘤作用。
金阳等对比研究了rmhTNF 联合化疗治疗人小细胞肺癌(sCLC)的临床疗效和安全性。结果联合化疗的疗效显著优于单纯化疗，能明显改善SCLC 患者的生活质量，且临床应用安全。
4.2基因工程药物治疗病毒感染
胡立华等观察了重组基因工程药物干扰素(IFlNa-Ib)与胸腺肽al 联合治疗慢性乙型肝炎的疗效，显示联合用药的强大抗病毒活性，是目前治疗慢性乙型肝炎较为理想的方案。 左冰采用a 一1型基因工程干扰素(rHuIF-N．a1) 与无环鸟苷(AcV)联合治疗24单纯疱疹病毒性角膜炎患者，获得满意效果。
4.3基因工程药物治疗心脑血管疾病
余蓉等通过计算机分子设计，预测了水蛭素12肽通过柔性肽(Gly)3与r-PA 连接形成的融合蛋白的空间结构与功能，并构建了表达该融合蛋白的工程菌，融合蛋白表达后通过复性，得到了分子设计预期的具有较高溶栓抗凝双功能活性的新型蛋白。
余榕捷等利用PCR 方法扩增纳豆激酶酶原(pro-NK)基因，并克隆到表达载体pET3c 上，构建表达菌pENK-(DE3)pLysS和pENK ．(DE3)pLysS+。SDS-PAGE 结果显示两菌株均表达42kD 的目的蛋白。本研究为开发纳豆激酶成为新一代溶栓药物奠定了基础。
5. 基因工程药物的应用前景
与传统制药相比，生物制药有便于大规模生产、利润高、生产工艺简单、人力投入少、无污染、生产周期短等优点，因此，随着人类基因组计划的实施和科技水平的进一步发展，基因药物在医药市场的比例也将会日益提升，也将越来越影响人类的生活。 [24][23][22][21][20][19][18]
。
我国的生物制药业将进入一个快速发展的阶段, 生物医药工业将成为医药产业增长最快的部分。目前, 我国许多省市已将生物制药作为本地的支柱产业重点扶持。一大批生物医药科技园相继在各地高新技术开发区建成。面对入世带给我国生物制药业的挑战和机遇, 专家们预测, 在未来若干年, 我国的生物制药业将以超过全球平均增长速度步入高速发展轨道, 前景十分广阔。 基因药物同时具有高投入、高收益、高风险、长周期的特征
参考文献:
[1] 张天民, 基因工程药物浅释[J].山东肉类科技,1997,1．
[2] 李拥军, 基因工程药物及其产业化发展[J].生产力研究,2003,3：185.
[3]Curtiss RI, Cardineau CA. World Patent Application. 1990 WO 90/02484.
[4]Mason HS,Lam DM-K,arntzen CJ.Expression of hepatitis B surface antigen in transgenic plants[J].Proc Natl Acad Sci USA,1992,89:11745-11749.
[5]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[6]Mason HS,Haq TA,Clements JD,et al.Edible vaccine protects mice against Escherichia coli heat labileen terotoxin(LT):potatoes expressing a synthetic LT-B gene[J].Vaccine.1998.16(13):13336-1343
[7] 袁建民等, 动物乳腺生物反应器研究进展, 中国农学通报,2006.22(2):20.
[8]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[9]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[10]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6. [25]
[11]王以光K 基因工程技术在大环内酯抗生素及硫霉素改造中的应用. 医学研究通讯,2002,31(2)
[12]庄林根K 制药新技术的发展与新世纪展望, 中国药学杂志,2002,37(1):1
[13]夏小兵, 成军, 杨继珍. 抗HbsAg 单链抗体靶向干扰素的构建及原核表达. 中华肝脏病杂志，2002,10（1）：28
[14]吴乃虎K 基因工程原理(下). 第2版. 北京:科学出版社,2002,26(4):376
[15]刁勇, 王广基, 许瑞安. 基因治疗研究进展. 药学进展.2001,25(1):12
[16]杨光, 司建华, 抗乙肝病毒基因疗法的研究现状. 国外医学情报,2002,23(8):10
[17]李振宇，徐开林，潘秀英，等．HSV ．TK ／HSV ．sr391K 基因工程T 细胞的研制[J]．中国免疫学杂志，2007，23：999．1003．
[18]高丽，李玉英，张政，等．重组养麦胰蛋白酶抑制剂对HL-60细胞的促凋亡作用[J]．中国实验血液学杂志，2007，15(1)：59-62．
[19]韩明勇，刘奇，唐步坚，等．IDl8基因转导乳腺癌细胞肿瘤原性的改变及抗瘤作用的研究[J]．山东大学学报：医学版，2007，45(7)：714-717．
[20]金阳，熊先智，陶晓南，等．重组改构人肿瘤坏死因子对小细胞肺癌化疗的干预[J]．中国医院药学杂志，2006，26(3)：270-272．
[21]胡立华，苏文霞．干扰素联合胸腺肽al 治疗慢性乙型肝炎32例分析[J]．新疆医学，2006，36：20-21．
[22]左冰．24例单纯疱疹病毒性角膜炎临床分析[J]．医药论坛杂志，2003，24(17)：43．
[23]余蓉，韦利军，李灵玲，等．抗凝，溶栓双功能水蛭素12肽．瑞替普酶融合蛋白的模拟、构建与表达
[J]．药物生物技术，2007，14(3)：168．172．
[24]余榕捷，谢秋玲，洪岸，等．纳豆激酶酶原基因的克隆、融合表达及活性测定[J]．中国病理生理杂志,2003，19(6)：757．761．
[25]戎志梅，现代生物制药行业现状与发展前景，化工科技市场[J].2002.25(11):7-8.
基因工程在医学上的应用
摘要：自20 世纪70 年代基因工程诞生以来, 以DNA 重组技术为核心的现代生物技术一直是人们研究的热点，本文主要介绍了基因药物的定义、获得途径、种类、治疗方法以及基因药物的应用前景。
关键词：基因药物；获得途径；种类；治疗；应用前景
1. 基因工程
1.1 基因
基因是脱氧核糖核酸（DNA ）分子上的一个特定片段。不同基因的遗传信息，存在于各自片段上的碱基排列顺序之中。基因通过信使核糖核酸（mRNA ），合成特定的蛋白质，使基因得到表达。
1.2 基因工程
基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生需要的基因产物。
2. 基因药物
2.1 基因药物定义
基因工程药物是根据人们的愿望设计的基因, 在体外剪切组合, 并和载体DNA 连接, 然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞) , 使目的基因在靶细胞中得到表达, 最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂, 从而成为蛋白类药或疫苗。
2.2 基因药物获得途径
2.2.1 转基因植物
利用转基因植物生产基因工程疫苗, 是将抗原基因导入植物, 让其在植物中表达, 人或动 物摄入该植物或其中的抗原蛋白质, 以产生对某抗原的免疫应答。转基因植物生产疫苗的研 究主要集中在烟草、马铃薯、蕃茄、香蕉等植物。
Curtiss和Cardineau 在1990年以专利形式发表了将变异链球菌表面蛋白抗原基因（SpaA) 转入烟草获得表达，并在饲喂后的小鼠体内诱导了抗SpaA 的粘膜免疫应答，并证明所诱导的抗体具有生物活性。
Mason HS 等于1992年采用农杆菌LBA4404介导的方法在烟草中表达重组乙肝表面抗原HBsAg （rHBsAg ），在小鼠体内可以诱导有效的免疫应答，产生LgG,LgM 。
[5] Arakawa等将霍乱毒素B 亚基CT-B 基因导入马铃薯中，在饲喂后的小鼠体内检测到了
特异性的抗体。
美国食品药品监督管理局（FDA ）批准了Arntzen 领导的研究小组进行首例转基因植物口服疫苗的临床试验。
2.2.2 转基因动物
利用转基因动物的乳腺作为生物反应器, 生产基因工程人类蛋白质药物, 其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低, 故近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究。 动物乳腺生物反应器(Mammary gland bioreactor) 属于转基因动物范畴，是利用转基因动物的乳腺组织生产基因工程人类药用蛋白。
[8] Stromqvit等于1997年以乳清蛋白（WAP ）为调控序列，在转基因鼠中获得胞外过氧
化物歧化酶的表达。
John等于1999年在转基因鼠乳汁中得到了成熟的胶原蛋白分子。
Liu等于2000年利用羊β-乳球蛋白启动子在转基因鼠乳汁中成功地表达了CTLA4lg 融合蛋白。 [10][9][7][6][4][3][2][1]
2.2.3 发酵培养
利用微生物发酵、动物细胞培养是目前工业化生产基因工程药物的最主要方法。基因工程则突破了这一局限性, 可大量生产这类多肽和蛋白质, 迄今已成功地生产出胰岛素、干扰素、生长激素、生长激素释放抑制因子等百余种产品。
3. 基因工程药物种类
3.1抗生素类
利用基因工程技术可以对生产菌种进行基因改造，得到表达水平高. 产品目的性强的菌株。
王以光等利用基因重组技术对螺旋霉素产生菌进行改造, 增强了丙酰基转移酶的基因在螺旋霉素产生菌中的表达, 并提高了丙酰螺旋霉素的产量
3.2活性多肽类
3.2.1胰岛素
Goeddel等学者在1978年应用基因重组技术开发出使用大肠杆菌生产人胰岛素。
目前，生产胰岛素的工艺和技术也不断得到完善，我国新疆转基因羊已能够成功表达人胰岛素原为胰岛素的生产开发了新途径。
3.2.2生长素
Goeddel等学者在1978年应用基因重组技术开发出使用大肠杆菌生产人生长素。目前，我国基因工程人生长素已研制成功，并投入市场和用于临床使用。
3.3细胞免疫调节因子
俄罗斯科学家构建了以假单胞菌为载体的表达系统来生产基因工程干扰素。与传统的大肠杆菌表达系统相比其培养周期短，细胞易于破碎便于提取。
夏小兵等利用限制性内切酶分别从含有抗乙型肝炎S 抗原人源单链抗体与人干扰素a 质粒中切出目的基因。连接到pET22b ，质粒中，构建成单链抗体靶向干扰素表达载体，在大肠杆菌中表达成功
3.4疫苗
P Valenzuela等人将S 基因(HBV表面抗原基因) 的一个片段克隆在一种载体上, 结果在酵母中合成出来HBV 表面抗原(HbsAg)颗粒, 酵母表达系统现在已经能够大规模生产供给人类使用的重组肝炎疫苗。
3.5基因治疗制品
基因治疗存在两种方式" 即间接体内法和体内法。间接体内法主要是通过在体外进行基因转移，筛选可表达外源基因的细胞，然后再转移到体内。体内法则是直接在体内改变与修复遗传物质。
由病毒介导的基因转移系统主要包括逆转录病毒、腺病毒、疱疹病毒和腺病毒相关病毒等。
Naldini等开发一种基于HIV 的重组Rt 载体, 不需要辅助细胞, 能广泛感染各种非分裂细胞，同时保留了能整合在宿主染色体上的特点。
另外一类是非病毒介导的基因转移系统，包括脂质体、分子偶联载体、基因枪和裸DNA 等。反义核苷酸技术也可应用于基因治疗, 尤其在抗乙肝病毒的基因治疗方面.
2001年Robaczewska 等首次通过静脉给予反义DNA 选择性抑制北京鸭HBV 在鸭肝脏中的复制和表达, 证明了反义DNA 在动物实验中的有效性
4. 基因工程药物治疗
4.1基因工程药物治疗肿瘤
李振宇等制备慢病毒载体为基础的野生型及突变型单纯疱疹病毒胸苷激酶、基因工程T 细胞并研究应用HSV ．sr39．TK ／ACV 系统进行防治GVHD ，以达到减轻前体药物毒性，拓宽[17][16][15][14][13][12][11]
前体药物选择范围的目的。
高丽等研究基因重组荞麦胰蛋白酶抑制剂(rBTI)诱导HL-60细胞凋亡的作用，结果表明来自蓼科植物的重组养麦胰蛋白酶抑制剂能够有效的抑制HL-60肿瘤细胞的生长，抑制作用呈剂量依赖性，但对正常外周血单核细胞的生长没有影响。
韩明勇等采用Lipofectamine2000将携带人IL-18基因的质粒pCDNA3．1-hIL-18转导入Bcap37细胞中，并筛选出阳性克隆。裸鼠致瘤实验和抗瘤实验表明IL-18基因转染降低了Bcap37细胞的肿瘤原性，IL-18基因修饰的Bcap37细胞具有明显的抗肿瘤作用。
金阳等对比研究了rmhTNF 联合化疗治疗人小细胞肺癌(sCLC)的临床疗效和安全性。结果联合化疗的疗效显著优于单纯化疗，能明显改善SCLC 患者的生活质量，且临床应用安全。
4.2基因工程药物治疗病毒感染
胡立华等观察了重组基因工程药物干扰素(IFlNa-Ib)与胸腺肽al 联合治疗慢性乙型肝炎的疗效，显示联合用药的强大抗病毒活性，是目前治疗慢性乙型肝炎较为理想的方案。 左冰采用a 一1型基因工程干扰素(rHuIF-N．a1) 与无环鸟苷(AcV)联合治疗24单纯疱疹病毒性角膜炎患者，获得满意效果。
4.3基因工程药物治疗心脑血管疾病
余蓉等通过计算机分子设计，预测了水蛭素12肽通过柔性肽(Gly)3与r-PA 连接形成的融合蛋白的空间结构与功能，并构建了表达该融合蛋白的工程菌，融合蛋白表达后通过复性，得到了分子设计预期的具有较高溶栓抗凝双功能活性的新型蛋白。
余榕捷等利用PCR 方法扩增纳豆激酶酶原(pro-NK)基因，并克隆到表达载体pET3c 上，构建表达菌pENK-(DE3)pLysS和pENK ．(DE3)pLysS+。SDS-PAGE 结果显示两菌株均表达42kD 的目的蛋白。本研究为开发纳豆激酶成为新一代溶栓药物奠定了基础。
5. 基因工程药物的应用前景
与传统制药相比，生物制药有便于大规模生产、利润高、生产工艺简单、人力投入少、无污染、生产周期短等优点，因此，随着人类基因组计划的实施和科技水平的进一步发展，基因药物在医药市场的比例也将会日益提升，也将越来越影响人类的生活。 [24][23][22][21][20][19][18]
。
我国的生物制药业将进入一个快速发展的阶段, 生物医药工业将成为医药产业增长最快的部分。目前, 我国许多省市已将生物制药作为本地的支柱产业重点扶持。一大批生物医药科技园相继在各地高新技术开发区建成。面对入世带给我国生物制药业的挑战和机遇, 专家们预测, 在未来若干年, 我国的生物制药业将以超过全球平均增长速度步入高速发展轨道, 前景十分广阔。 基因药物同时具有高投入、高收益、高风险、长周期的特征
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[5]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[6]Mason HS,Haq TA,Clements JD,et al.Edible vaccine protects mice against Escherichia coli heat labileen terotoxin(LT):potatoes expressing a synthetic LT-B gene[J].Vaccine.1998.16(13):13336-1343
[7] 袁建民等, 动物乳腺生物反应器研究进展, 中国农学通报,2006.22(2):20.
[8]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[9]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6.
[10]钟卫鸿, 基因工程技术. 北京化工出版社,2007.6. [25]
[11]王以光K 基因工程技术在大环内酯抗生素及硫霉素改造中的应用. 医学研究通讯,2002,31(2)
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[14]吴乃虎K 基因工程原理(下). 第2版. 北京:科学出版社,2002,26(4):376
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[19]韩明勇，刘奇，唐步坚，等．IDl8基因转导乳腺癌细胞肿瘤原性的改变及抗瘤作用的研究[J]．山东大学学报：医学版，2007，45(7)：714-717．
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[21]胡立华，苏文霞．干扰素联合胸腺肽al 治疗慢性乙型肝炎32例分析[J]．新疆医学，2006，36：20-21．
[22]左冰．24例单纯疱疹病毒性角膜炎临床分析[J]．医药论坛杂志，2003，24(17)：43．
[23]余蓉，韦利军，李灵玲，等．抗凝，溶栓双功能水蛭素12肽．瑞替普酶融合蛋白的模拟、构建与表达
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[24]余榕捷，谢秋玲，洪岸，等．纳豆激酶酶原基因的克隆、融合表达及活性测定[J]．中国病理生理杂志,2003，19(6)：757．761．
[25]戎志梅，现代生物制药行业现状与发展前景，化工科技市场[J].2002.25(11):7-8.