【正文】 第十九章 生物技術(shù)藥物制劑第一節(jié) 概述一、生物技術(shù)的基本概念 生物技術(shù)或稱生物工程（biotechnology），是應(yīng)用生物體（包括微生物、動物細(xì)胞，植物細(xì)胞）或其組成部分（細(xì)胞器和酶），在最適條件下，生產(chǎn)有價值的產(chǎn)物或進(jìn)行有益過程的技術(shù)。現(xiàn)代生物技術(shù)主要包括基因工程、細(xì)胞工程與酶工程。此外還有發(fā)酵工程（微生物工程）與生化工程。 生物技術(shù)藥物是指采用現(xiàn)代生物技術(shù)，借助某些微生物、植物或動物來生產(chǎn)所需的藥品。采用DNA重組技術(shù)或其他生物新技術(shù)研制的蛋白質(zhì)或核酸類藥物，也稱為生物技術(shù)藥物。 近十幾年來，生物技術(shù)在醫(yī)藥方面取得了驚人的成就，已有不少生物技術(shù)藥物應(yīng)用于臨床，下面介紹一些國內(nèi)外已批準(zhǔn)上市或正在研究的生物技術(shù)藥物產(chǎn)品。二、生物技術(shù)藥物的研究概況 生物技術(shù)藥物產(chǎn)品，目前國內(nèi)外已批準(zhǔn)上市的約40余種，見表191，正在研究的有數(shù)百種之多，部分正在研究的生物技術(shù)或其他來源的藥物列于表192中，這些藥物均屬肽類與蛋白質(zhì)類藥物。表191 已批準(zhǔn)上市的生物技術(shù)藥物產(chǎn)品藥品名稱用 途批準(zhǔn)時間人胰島素糖尿病治療藥1982人生長激素（hGH）治療侏儒癥1985α2b干擾素治療毛細(xì)胞白血病、乙型肝炎1986OKT3單抗（小鼠抗T細(xì)胞單抗）急性肝移植排斥反應(yīng)1986乙肝疫苗預(yù)防乙型肝炎1986組織溶纖酶原激活素急性心肌梗死1987人促紅細(xì)胞生成素（EPO）慢性腎衰貧血1987Γlb干擾素慢性肉芽腫疾病1990GM集落刺激因子（GMCSF）骨髓移植中性、白細(xì)胞減少癥1991G集落刺激因子（GCSF）腫瘤化學(xué)輔助治療、白血病、艾滋病1991白細(xì)胞介素2腎細(xì)胞癌1992凝血VIII因子血友病1992人腫瘤壞死因子突變體肺、胃、結(jié)腸腫瘤1995幼畜腹瀉疫苗預(yù)防仔豬腹瀉上市αn3干擾素生殖器疣1989小鼠抗 CD3抗體腎移植排斥反應(yīng)1986單克隆抗體（診斷劑）結(jié)腸、直腸、卵巢癌診斷1992重組DNA酶α囊性纖維變性，改進(jìn)胸功能1994抗血小板凝聚單克隆抗體防動脈突然關(guān)閉高危性血管成形術(shù)病人1995重組葡糖腦苷脂米葡糖腦酶戈謝?。ǜ髌鞴俜e聚葡糖腦苷脂）1994重組β16干擾素緩解上皮癌、腎癌、多發(fā)性骨髓瘤1993環(huán)孢素 A抑制T淋巴細(xì)胞功能1996降鈣素治療骨質(zhì)疏松1996重組γ干擾素免疫功能障礙、癌癥、感染性疾病1992奧曲肽（octreotide）胃腸胰內(nèi)分泌腫瘤、消化性潰瘍出血、肢端肥大癥、垂體瘤、柯興氏綜合癥、糖尿病等1998*grlanulocyte／macrophage colony—stimulating factor（GM—CSF），粒巨噬細(xì)胞集落刺激因子表192 部分正在研究的生物技術(shù)及其他來源的蛋白質(zhì)藥物藥 物作用與用途血管緊張素 D抑制劑降壓心房肽激素（atriopeptins）調(diào)節(jié)心血管功能降鈣素基因相關(guān)因子血管舒張藥Β內(nèi)啡肽鎮(zhèn)痛神經(jīng)生長因子，hNGF刺激神經(jīng)生長和修復(fù)，癡呆促胃液素抑制劑減少胃酸分泌腦啡肽刺激淋巴細(xì)胞母細(xì)胞化促胸腺生成素選擇性T細(xì)胞分化激素腫瘤壞死因子控制多形核細(xì)胞功能表皮生長因子，hNGF促進(jìn)表皮生長，癡呆生長抑素（somatostatix）抑制胃液素分泌促性腺素促進(jìn)排卵、精子生成促黃體生成素釋放激素（LHRH）促進(jìn)下丘腦性閉經(jīng)婦女排卵催產(chǎn)素促進(jìn)分娩促甲狀腺素釋放激素（TRH）延長哺乳期婦女的不育和泌乳加壓素治療尿崩癥人尿激酶原溶血栓，抗凝劑人超氧化物歧化酶腎移植，燒傷白細(xì)胞介素6腫瘤、骨髓移植，刺激造血白細(xì)胞介素11促血小板生成鏈激酶，LSK溶血栓人成纖維細(xì)胞生長因子神經(jīng)損傷人胰島素生長因子侏儒癥肝細(xì)胞生長因子重型肝炎肝癌單克隆抗體肝癌乙肝單克隆抗體乙肝反義寡聚核苷酸HIV感染和艾滋病TK載體產(chǎn)生細(xì)胞腦癌巨核細(xì)胞與發(fā)育因子刺激血小板生成脂質(zhì)體包被 IL2，OTX287腫瘤抗 CD20 基因工程抗體B細(xì)胞淋巴瘤表192中所列藥物，如環(huán)孢素 A（cyclosporin A）、降鈣素（calcitonin）、促黃體生成素釋放激素（luteinizing hormone release hormone，LHRH）類似物、催產(chǎn)素、加壓素等，用提取或其他方法生產(chǎn)，已在臨床上使用。 隨著生物技術(shù)藥物的發(fā)展，肽和蛋白質(zhì)藥物制劑的研究與開發(fā)，已成為醫(yī)藥工業(yè)中一個重要的領(lǐng)域，同時給藥物制劑帶來了新的挑戰(zhàn)。由于生物技術(shù)產(chǎn)品多為多肽和蛋白質(zhì)類，性質(zhì)很不穩(wěn)定，極易變質(zhì)，因此如何將這類藥物制成安全、有效、穩(wěn)定的制劑，就是擺在我們面前的一大難題。例如降鈣素基因相關(guān)肽是治療高血壓的有效藥物，但該藥物很不穩(wěn)定，雖然早已開發(fā)，但由于存在以上問題，至今未形成產(chǎn)品。另一方面這類藥物對酶敏感又不易穿透胃腸粘膜，故只能注射給藥，使用很不方便。因此，運(yùn)用制劑手段將這類藥物制成口服制劑或通過其他途徑給藥，以提高其穩(wěn)定性和患者使用的順應(yīng)性，是一項非常有意義的工作，具有潛在的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。三、生物技術(shù)藥物的結(jié)構(gòu)特點與理化性質(zhì) 生物技術(shù)藥物多為多肽類及蛋白質(zhì)類藥物，這些藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，理化性質(zhì)也有它的特殊性，因此在設(shè)計與評價這類藥物的給藥系統(tǒng)時必須首先了解其結(jié)構(gòu)特性與理化性質(zhì)。 （一）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點 1．蛋白質(zhì)的組成和一般結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸按一定順序排列，通過肽鍵相連而成的多肽鏈。蛋白質(zhì)分子量很大，一般在5103~5106。蛋白質(zhì)的肽鏈結(jié)構(gòu)包括氨基酸組成、氨基酸排列順序、肽鏈數(shù)目、末端組成和二硫鍵的位置等。組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20多種，一個氨基酸的羧基可以和另一個氨基酸的氨基縮合失去1分子水而生成肽，兩個氨基酸縮合成的肽稱為二肽，由十個以上氨基酸組成的肽稱多肽。連接氨基酸之間的鍵稱為酰胺鍵，又稱肽鍵，是蛋白質(zhì)中氨基酸之間連接最基本的共價鍵。蛋白質(zhì)多肽鏈中許多氨基酸按一定的順序排列，每種蛋白質(zhì)都有特定的氨基酸排列順序。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)為初級結(jié)構(gòu)，指蛋白質(zhì)多肽鏈中的氨基酸排列順序，包括肽鏈數(shù)目和二硫鍵位置；二、三、四級結(jié)構(gòu)為高級結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)。高級結(jié)構(gòu)和二硫鍵對蛋白質(zhì)的生物活性有重要影響。 2．蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)包括二級、三級與四級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈骨架的折疊方式，即肽鏈主鏈有規(guī)律的空間排布，一般有a螺旋結(jié)構(gòu)與b折疊形式。三級結(jié)構(gòu)是指一條螺旋肽鏈，即已折疊的肽鏈在分子中的空間構(gòu)型，即分子中的三維空間排列或組合方式系一條多肽鏈中所有原子的空間排布。四級結(jié)構(gòu)是指具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)各亞基聚合而成的大分子蛋白質(zhì)。四級結(jié)構(gòu)可以由兩個以上的小亞基聚合而成。所謂亞基，就是含有二條或多條多肽鏈的蛋白質(zhì)，這些多肽鏈彼此以非共價鍵相聯(lián)，每一條多肽鏈都有自己的三級結(jié)構(gòu)，此多肽鏈就是該蛋白質(zhì)分子的亞單位（亞基）。蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)見圖191。圖191蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)見 藥劑學(xué)第4版圖202圖191 蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)示意圖 蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象又叫空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、三維構(gòu)象等，它是指蛋白質(zhì)分子中所有原子在三維空間中的排布。這種空間排布的變化，僅涉及到氫鍵等次級鍵的生成與斷裂，但不涉及共價鍵的生成與斷裂。蛋白質(zhì)分子只有在其立體結(jié)構(gòu)呈特定的構(gòu)象（conformation）時才有生物活性，形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的作用力有氫鍵、疏水作用力（hydrophobic force）、離子鍵、范德華力、二硫鍵與配位鍵。除二硫鍵為共價鍵外，其余都是非共價鍵，維持蛋白質(zhì)構(gòu)象是弱作用力。蛋白質(zhì)分子二級結(jié)構(gòu)中a螺旋、b折疊的形成依靠氫鍵，可以說蛋白質(zhì)分子內(nèi)部布滿了氫鍵。疏水作用力也稱疏水鍵，疏水鍵是兩個疏水基為了避開水相而群集在一起的作用力，在維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)方面起重要作用，也是形成生物膜的主要作用力。范德華力對穩(wěn)定和維持三級、四級結(jié)構(gòu)十分重要。 離子鍵對于維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)是不可缺少的。不少蛋白質(zhì)含有金屬離子，而金屬離子通過配位鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合，故結(jié)合蛋白質(zhì)是由氨基酸成分與非氨基酸成分通過配位鍵組成。 （二）蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 1．蛋白質(zhì)的一般理化性質(zhì) 蛋白質(zhì)的分子量，小的有幾千，如胰島素（單體6000）；大的上千萬，如斑紋病毒（煙草）（6180。107）。蛋白質(zhì)在水中形成親水膠體，顆粒大小在l nm ~100nm之間。它不能透過半透膜。由于蛋白質(zhì)分子中存在極性基團(tuán)如NH3+、COO、NHOH、SH等，可形成水化層而穩(wěn)定。 （1）旋光性：蛋白質(zhì)分子總體旋光性由構(gòu)成氨基酸各個旋光度的總和決定，通常是右旋，它由螺旋結(jié)構(gòu)引起。蛋白質(zhì)變性，螺旋結(jié)構(gòu)松開，則其左旋性增大。 （2）紫外吸收：大部分蛋白質(zhì)均含有帶苯核的苯丙氨酸、酪氨酸與色氨酸，苯核在紫外280nm有最大吸收。氨基酸在紫外230nm顯示強(qiáng)吸收。 （3）蛋白質(zhì)兩性本質(zhì)與電學(xué)性質(zhì)：蛋白質(zhì)除了肽鏈N末端有自由的氨基和C末端有自由的羧基外，在氨基酸的側(cè)鏈上還有很多解離基團(tuán)，如賴氨酸的e氨基，谷氨酸的γ羧基等。這些基團(tuán)在一定 pH條件下都能發(fā)生解離而帶電。因此蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，在不同 pH條件下蛋白質(zhì)會成為陽離子、陰離子或二性離子。 2．蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性 蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性對于蛋白質(zhì)類藥物的制劑研究、生產(chǎn)、貯存等極為重要。引起蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的原因很多，如前所述，共價鍵與非共價鍵的破壞與生成，均可引起蛋白質(zhì)類藥物的不穩(wěn)定。 （1）由于共價鍵引起的不穩(wěn)定性：共價鍵改變引起蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)有水解、氧化和消旋化，此外還有蛋白質(zhì)的特有反應(yīng)，即二硫鍵的斷裂與交換。有時幾種反應(yīng)同時進(jìn)行。雖然大多數(shù)降解過程在升高溫度時發(fā)生，但是蛋白質(zhì)穩(wěn)定性監(jiān)測數(shù)據(jù)表明其降解過程不符合 Arrhenius關(guān)系，故蛋白質(zhì)類藥物穩(wěn)定性的加速實驗中應(yīng)慎重選擇其最高溫度。如白細(xì)胞介素lβ（interleukin1β）在溶液中高于和低于39℃時存在不同的失活機(jī)制，此實例排除了從加速溫度數(shù)據(jù)預(yù)測處方有效期的可能性。但文獻(xiàn)報道組織溶纖酶原激活素（tissue plasminogen activator）在40℃和40℃以下的穩(wěn)定性研究中成功地將數(shù)據(jù)外推到5℃。蛋白質(zhì)的降解途徑有： 1）蛋白質(zhì)的水解：蛋白質(zhì)可被酸、堿和蛋白酶催化水解，使蛋白質(zhì)分子斷裂，分子量逐漸變小，成為分子量大小不等的肽段和氨基酸。水解分完全水解與不完全水解。／L鹽酸中，于110℃高溫20h可完全變成氨基酸。在此條件下，能使色氨酸破壞，谷氨酰胺變?yōu)楣劝彼?，天冬酰胺變?yōu)樘於彼幔蠖叩乃庾饔靡步?