维普资讯 http://www.cqvip.com 材料科学与生命科学是２１世 纪最具发展潜力的２个学科，蛋白 药物的制备包括蛋白药物的分离纯 化、制剂等均与这２个学科紧密相 关。这是因为一方面蛋白药物的分 离纯化及制剂均需要各种新型的吸 附分离功能材料及生物可相容、可 降解、可吸收材料．另一方面蛋白 药物的分离纯化给予生命科学的发 展。研究水平以及医疗水平的提高 提供了坚实的物质基础。随着科学 与技术的不断发展以及人民对生活 质量的要求在不断提高。蛋白药物 的制备必将发展成为２１世纪我国 最具吸引力的新技术产业之一。 蛋白质的分离与纯化主要包括 两个目的。其一是蛋白药物的制 备，如在发酵液中提取人血清白蛋 白（ＳＨＡ）；其二是医学研究，如 对ＳＡＲＳ病毒的研究。与普通常用 药物有所不同。蛋白药物的用量一 般都很少，但是附加值却很高，属 于高新技术范畴。这也是这一类药 物能够获得许多人青睐的原因。如 目前全球长效干扰素的产量为 ４８ｋｇ／ａ，但是它的年销售额估计可 以达到１６亿美元。由于蛋白药物 用量少，毒副作用小，见效快，已 经越来越引起人们更大的关注。目 前蛋白药的年销售总量已经达到 ２００亿美元，ａ．预计到２０１０年将会 白药物的制备及展望 张政朴 陈新福 （南开大学高分子化学研究所） 超过５００亿美元。自１９８２年第１个 取、电泳、膜分离、色谱分离等。 蛋白药上市．至今已有３Ｏ多个蛋白药 其中色谱分离技术是关键的一步， 面世。随着这些药物专利保护期的结 决定了最终产物的纯度。目前生物 束．给我国药品制造和开发商提供了 制品的分离纯化的费用一般要占总 许多商机 生产成本的５Ｏ％以上。对于基因 大部分蛋白药物是从生物发酵液 工程药物．甚至要占到８Ｏ％～９Ｏ％， 或是从天然产物的提取液中分离提纯 这是因为．在重组微生物或动物细 而获得。因此分离纯化技术是蛋白药 胞培养液中提取药物要比传统抗生 物制备技术的关键。如对蛋白药物， 素的分离提取工艺复杂困难得多． 要求杂质不超过ｌＯＯｘｌＯＳｎ。对核酸产 其原因有以下几个方面： （１）提 品要求则更高，一次剂量中杂质不得 取液中的有效成分相对较低； （２） 超过１０￣１２ｇ。此外。由于蛋白药物 杂质含量较高； （３）对最终产品 易失活、易在体内降解等特点。如何 的纯度要求高。 使蛋白药物安全到达人体内靶细胞， 在色谱分离中。要根据分离不 如何减少由于频繁注射蛋白药物而给 同的目标蛋白，选择使用不同的分 患者引起的许多不便。是对蛋白药物 离介质。目前大部分分离介质来自 制剂的新的挑战。本文拟在蛋白药物 国外，因此，如何制备分离介质， 的分离纯化、制剂及应用方面作一介 也给国内的企业提供了一些机遇． 绍 由于蛋白质本身的特异性，对色谱 分离介质的选择有一些基本要求。 １蛋白药物的分离纯化方法： 概括起来有以下几点： 由于蛋白药物的种类非常多．目 ｌ１、刚性：应该能够承受在较 前使用的蛋白药物的分离与纯化的方 高流速时所产生的压力： 法也非常多。在实际操作中，使用的 ２１、亲水性：有些情况下疏水 材料以及采取的分离与纯化的方法也 性的分离介质会使蛋白变性： 是各不相同。要根据具体选择的目标 ３１、孔径：有些蛋白分子体积 蛋白来决定．至于分离操作时所使用 较大，需要使用大孔径的分离介质 的条件，则更加千差万别。 才能达到较为理想的分离效果： 般地讲 目前常用的从提取 ４）、粒径：均匀的粒径可以获 液或发酵液中分离纯化蛋白药物的 得更好的柱效： 方法大致有超滤、离心、沉降、萃 ５）、容易衍生化：以便根据目 ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｄｕｓｔｒｙ维普资讯 http://www.cqvip.com 聱 嘲 塑璺业 标蛋白的不同，选择使用具有不同 脂糖或纤维素制备。在分离介质的 功能基的色谱固定相： 制备方面，瑞典的法玛西亚 ２ 蛋白药物制剂及相关材料 ６１、稳定性：以便耐受操作过 （Ｐｈａｒｍａｃｉａ）公司居领先地位，１９９５ 研究概况 程不同ｐＨ的变化： 年法玛西亚和美国的普强药厂（Ｕｐ— 在蛋白药物制剂的研究方面． 使用ＰＬＧＡ ｆ乙交酯丙交酯的共聚 ７１、毒性：防止在操作过程从外 ｉｏｈｎ）合并为法玛西亚普强（Ｐｈａｒ— 界引入毒性物质； ８）、特异性吸附：以便降低蛋白 在分离纯化过程中的损失，提高收率； 不同又可以分为：凝胶过滤层析 ｍａｃｉａ＆Ｕｐｊｏｈｎ）公司：２０００年法玛 物）制备蛋白缓释制剂是比较成熟 西亚普强（Ｐｈａｒｍａｃｉａ＆Ｕ０Ｊｏｈｎ）公司 再次与孟山都（Ｍｏｎｓａｎｔ￣公司合并， 的方法，ＰＬＧＡ是一种人工合成的 生物可降解的无毒的聚合物材料． 已经被美国药物食品监督管理局 （ＦＤＡ）认定，可以进入人体使用。 色谱分离时，由于使用的方法 形成目前世界最大的医药公司之 公司的总部位于美国新泽西。 （或体积排阻层析）、羟基磷灰石层 此外还有英国的Ｗｈａｔｍａｎ，１３本的 用ＰＬＧＡ制成的含甾体类抗生素药 析、离子交换层析、疏水作用层 Ｔｏｙｏ Ｓｏｄａ等公司。但是这些公司 物炔诺酮和１８甲基左炔诺孕酮的 析、反相作用层析以及亲和层析 提供的分离介质的价格都非常昂 微球注射剂．在美国正在进行ＩＩＩ 等．各种层析方法的优缺点以及适 贵。由甲壳素脱乙酰制备得到的壳 期临床试用，不久可能进入市场。 用范围列于表１。此外，值得一提 聚糖，有非常优异的生物相容性和 种释放促黄体激素释放激素 的是膜分离以及高效液相制备色谱 生物可降解性．该材料是可再生资 ｆＬＨ—ＲＨ）类似物的ＰＬＧＡ微球，表１各种层析方法介绍 用于治疗乳腺癌和前 列腺癌已经商品化． 商品名叫垂普啉（Ｔｒｙ— ｐｌｉｎ），每月注射一针， 般６～１０针即可完全 抑制癌细胞的发展． 该产品在１３本和美国 的年产值达到１０亿美 元。此外，正在研究 中的控释制剂很多． 例如包埋骨生长因子 的ＰＬＧＡ棒用于促进 骨再生：包埋药物的 ＰＬＧＡ纳米粒子用于治 疗心血管再狭窄等。 除用于体内植入制剂 外，例如，鼻粘膜吸 收的微球喷雾剂或肠 粘膜吸收的纳米粒子 的使用，给蛋白药物的分离纯化提 源．在自然界中存量仅次于纤维 供了非常有力的武器。 口服制剂，植入中耳内治疗中耳 素。近年来，使用壳聚糖对蛋白药 炎．或用注射器注入眼玻璃体的内 由于疏水性很强的聚苯乙烯介 物进行分离纯化做了许多研究，有 腔中治疗白内障吸除术后的感染等 质容易使蛋白变性．因此分离纯化 望成为可以代替葡聚糖和琼脂糖的 多种制剂。其他可用于蛋白药物缓 蛋白用的介质大部分用葡聚糖和琼 新型分离介质。 释的生物可降解的高分子材料还 囝堑 堕 兰 维普资讯 http://www.cqvip.com 阿有：聚磷腈、聚氨基酸、聚酸酐、 聚己内酯、聚Ｂ一羟基丁酸酯和羟 § Ｃａｐｐｅｌｌｏ用分子生物学和发酵 品在我国总的市场份额约为１０亿 生物学相结合的方法，合成了新的 元。表２列出主要血液制品及其临 蛋白质基聚合物，该方法可通过发 床应用。 螺旋藻中所含的藻胆蛋白 基戊酸酯等。 多聚糖类．特别是右旋糖酐是 酵细菌的基因表达控制重复多肽单 目前研究最多的水溶性载体，它的 元的序列，达到对蛋白质聚合物的 （Ｐｈｙｃｏｂｉｌｉｐｒｏｔｅｉｎ）是一种重要的捕 特点是在体内的归宿与分子量的大 预先编码，并对这类聚合物的潜在 光色素蛋白，主要是由藻蓝蛋白 小有直接关系．因此可通过选用合 应用前景进行了研究．展现出激动 （Ｐｈｙｃｏｃｙａｎｉｎ，ＰＣ）、别藻蓝蛋白 适的分子量实现向某一特定靶器官 人心的应用前景。 定位．其分子中的Ｄ一麦芽糖和Ｌ一 （Ａｌｌｏｐｈｖｃｏｃｖａｎｉｎ，ＡＰＣ）及藻红蛋 白（Ｐｈｙｃｏｅｒｙｔｈｒｉｎ，ＰＥ）组成。藻 岩藻糖还具有肝细胞特异靶向性， ３蛋白药物在医学治疗和研 胆蛋白是一种安全无毒的蛋白资 可用于靶向控释制剂。此外壳聚 糖，聚氨基酸等都有良好的生物降 靶向药物载体的研究也越来越多。 究方面的应用 源，在自然界中很有开发价值，而 人血浆是一种高度复杂的独特 且在光合作用原初理论研究方面也 解性和可修饰性，用这些材料作为 生物物质，含有１００多种各具特有 生理功能的蛋白质。在世界范围 有参考价值。螺旋藻多糖和藻蓝蛋 白是螺旋藻中的重要活性物质。藻 聚酸酐是由美国麻省理工学院发 内，人血浆分级分离法和亲合层析 蓝蛋白既可以作为天然色素广泛应 明并将专利权授予Ｎｏｖａ Ｐｈａｍａｃｅｕｔｉ． 技术是目前获得２０多种临床治疗 用于食品、化妆品、染料等工业。 ｃｌｅｓ公司。该公司开发了一种释放 所必需的血浆制品（如表２１的主 同时藻蓝蛋白可以产生强烈荧光． 卡氮芥（ＢＣＮＵ）的脑内植入长效 要方法。预计国内市场需要人血清 利用该特性可制成荧光试剂、荧光 缓释药膜（Ｇｌｉａｄｅ１），用于脑癌手 术后局部化疗，临床效果甚佳。 白蛋白（ＨＡＳ）为５０ｆｆａ，如按照 探针、荧光示踪物等，用于临床医 ２００元／支（含量１０ｇ）计算，该产 学诊断、免疫化学及生物医学工程 表２主要血液制品及其临床应用 血浆浓度（ｍｇ／Ｌ） 临床适应症 等研究领域。作为 种重要的生理活 性成分，可制成药 品用于医疗保健， 同时藻蓝蛋白还是 种无毒副作用的 理想光敏剂。 蛋白类食品： 具有生理活性的蛋 白质类物质在维持 现代人健康方面已 必不可少，在医疗 和食品领域已逐渐 得到应用。蛋白质 具有广泛的功能性 质，每一种性质都 会给食品及其加工 过程带来特定的效 果。因而可将这些 功能蛋白质如乳清 ａｎ Ｍａｌ 堕 匿Ｉ 维普资讯 http://www.cqvip.com 酮圃 蔓 璺蔓 蛋白、蛋清蛋白、大豆蛋白等添 它涉及到许多生理和病理学过 人工血、胶原线、胶原管、胶原 加到食品中制得各种功能性食品。 程．其中包括参与体内微量元素 膜、胶原水凝胶等。而且胶原蛋 白在其与高分子复合材料上也有 植物激素结合蛋白：植物激 的储存、转运和代谢，拮抗电离 素（生长素，细胞分裂素，赤霉 辐射．清除自由基以及对重金属 着广泛的应用前景。 素）对植物的生长发育，以及对 的解毒作用，还参与机体的应激 蛋白质组学在肿瘤研究中应 环境的适应等生理活动有着广泛 反应．胚胎发育和细胞代谢调 用的一个主要方面，就是寻找 新的、特异的肿瘤相关蛋白—— 的调节作用，为阐明其调节机理， 控．内分泌系统的调节。此外，对植物激素受体的研究日益受到 它与肿瘤的发生、治疗均有密切 肿瘤标志物，并且已经取得了 重视．最近几年，利用光亲和标 志．免疫亲和层析，抗体阻断和 分子克隆等新技术，对植物激素 结合蛋白的纯化，特性及功能等 研究取得较快的进展。 金属硫蛋白（ＭＴｓ）是广泛存 在于生物体细胞胞浆中经诱导合 成的一类易溶、低分子量且富含 半胱氨酸的金属结合蛋白，具有 广泛的生物学功能。它的一个显 著特点是可在转录水平上被环境 中的金属所诱导，而且这种诱导 可以反映出环境受金属污染的水 平，因而２０世纪７０年代末期已 有人提出以生物组织中的ＭＴｓ含 量作为水环境监测中重金属污染 的分子生态毒理学指标。另外克 隆了ＭＴｓ基因的海洋生物可用于 清除受重金属污染的土壤或污水 中的有毒金属，是一种非常有前 途的环保措施。因此，研究海洋 生物ＭＴｓ分离纯化及检测技术， 对水环境保护和监测具有重要意 义。 自１９ ５７年Ｍａｒｇｏｓｈｅｓ和 Ｖａｌｌｅｅ首次报道从马肾中分离得 到ＭＴｓ以来，现在几乎能从所 有的哺乳动物、鱼类、两栖类、 无脊椎动物和某些植物及真核、 原核微生物中分离得到ＭＴｓ，但 鸟类的ＭＴｓ研究未见报道。ＭＴｓ 的生物学特性已得到广泛研究， 屋西堑 堑 的关系，因此对ＭＴｓ蛋白的研 究日益受到生物学家和医学工作 者的关注。研制相关的化妆品， 保健品及药品已成为热门课题。 对ＭＴｓ进行准确、快速的分离、 检测，进而深入研究，使其发挥 更大的作用显得十分必要。近 ２０年来，人们先后发展了许多 ＭＴｓ分离纯化及检测技术。针对 不同来源的ＭＴｓ目前已建立多 种分离化方法。最常用的方法是 凝胶过滤和离子交换技术相结合 的层析法。 哺乳动物奶液中成分复杂， 不仅包括蛋白质、糖类、脂肪、 维生素、矿物质，还可能有细菌、 病毒及动物组织脱落的碎片等。 奶液中蛋白含量高，种类繁杂。 这给目的蛋白的分离与纯化带来 困难 动物乳腺生物反应器是利 用动物乳腺特异性启动子调控元 件指导外源基因在乳腺中特异性 表达．并从转基因动物奶液中获 取重组蛋白。应用动物乳腺生物 反应器生产药用蛋白具有生产方 式简单、产量大、蛋白能进行翻 译后修饰等优点，是具有广阔前 景的生物医药产业。 占人体蛋白总量１１３的胶原 蛋白是结缔组织的主要成分，作 为生物材料在临床上的应用十分 广泛．如心脏瓣膜、主动脉瓣、 定的成绩，可能对肿瘤的早 期诊断和分型产生重大意义。 习惯上将肿瘤归为基因组性疾 病，但从功能的角度看．由于 运载信息、介导信息流动的媒 介是蛋白质而不是基因，因此 它是一种蛋白质组性疾病。无论 是基因的突变，还是基因转录或 翻译后的变化．其结果都可以导 致基因表达产物蛋白质的改变， 从而改变了蛋白质信号通路，迫 使细胞忽略了负性的抑制性信 号，或者从旁路传递正性、激活 性信号，为肿瘤细胞的转化、生 存创造了条件。对在肿瘤生长的 不同阶段（从癌前病变到癌症发 生、治疗过程１出现的差异表达 蛋白质进行定性、定量分析，将 能够发现肿瘤发生、发展过程中 的关键性因子及诊断标志物，这 对于肿瘤早期诊断、疾病进展的 监测、新的治疗靶点的确定等都 具有重大意义。 总之蛋白药物种类繁多．对 于人类的保健以及疾病的治疗有 着非常重要的意义，也给新世纪 的产业的发展带来了无限生机。 相信通过许多生物学家、化学家、 材料学家、医学家、药学家等的 共同努力，将会有更多的蛋白药 物面世，为人类的生存和发展提 供更多更好的保证。
