1、生物技术药物学复习第一部分 1、药物（medicine，remedy）是指用于预防、治疗和诊断或用以调节机体生理 功能促进机体康复、保健的物质。药物一般可分为预防药，治疗药，诊断药和保健药，有些药物同时具有预防、治疗或保健康复作用。 常见的药物有三大类：化学药物，生物药物和中草药。 化学药物可分为无机药物、合成药物和天然药物。 广义的生物药物包括生化药物、微生物药物、生物制品和生物技术药物。 药品（drug），按中华人民共和国药品管理法的法定含义是指用于预防、治疗、诊断人的疾病，有目的地调节人的生理机能并规定有适应证、用法和用量的物质，包括中药材、中药饮片、中成药物、化学原料药及其制剂、抗生素
2、、生物制品、放射性药品、血清疫苗、血液制品和诊断药品等。 药物的内涵比药品更广泛一些，药品专指在临床上直接应用的产品。 2、特异性药物作用机制 大多数药物的作用机制属于特异性作用机制。它的生物活性与其化学结构的特异性密切相关。通过其化学结构与机体生物大分子的特定活性部位结合，产生一系列生理生化效应。这些药物大部分通过作用于受体分子或通道蛋白影响递质与激素的释放和分泌而起作用。 药物受体存在于细胞膜，细胞浆和细胞核内。是一些能与生物活性分子如神经递 质、激素、药物等相互作用的分子。蛋白质是最重要的一类药物受体。还包括细胞的其他成分，如核酸（肿瘤化疗药物的受体）。 竞争性与非竞争性拮抗剂 受体拮抗
3、剂是一类能与受体结合,但不能使受体激活的药物,它通过阻止激动剂与受体结合或阻止激活受体起作用. 竞争性拮抗剂，内在活性为0，与受体结合后本身不产生生物效应，但与激动剂竞争相同受体，拮抗作用是可逆的，使用足够浓度的激动剂仍可达到最大效应，即拮抗作用可以随着激动剂浓度的增加而解除。 非竞争性拮抗剂，在任何浓度下都可阻止激动剂在特定受体产生最大效应，使激 动剂的量-效曲线向右移，但斜率及最大效应均降低，它与受体结合后，可以妨碍激动剂与受体的结合，或使激动剂与受体结合后不产生生物效应。因此增加激动剂浓度不能解除非竞争性拮抗剂的拮抗作用。 药物的跨膜信号转导有四种机制： A脂溶性药物可以通过细胞膜，作用
4、于胞内受体。 B配体与跨膜受体结合，使胞内酶产生变构活性调节。 C通过配体-门控跨膜离子通道进行信号转导。 D通过G-蛋白偶联的受体进行信号转导：G-蛋白可视为转换器，受体激活时G-蛋白开启，信号传递终止时，G-蛋白关闭活性，从而产生放大的信号传递。 3、极量：药物出现最大疗效，而不出现中毒的剂量。 4、效应强度（Potenc）：指药物产生一定强度的效应时所需的剂量，一般以药物产生最大效应的50%时所需的剂量（ED50）或浓度（EC50）表示。 最小中毒剂量(LD)5?安全指数 评价药物的安全性5、安全指数： )ED最大治疗量( 95 =）：是衡量药物安全性大小的指标，治疗指数therapeu
5、tic indexTI治疗指数（ 治疗指数表示半数致死量与半数有效量之间的剂量距半数有效量.半数致死量/ 值越大表示药物的安全性越大。离，TI 、影响药物作用药物方面的因素6药物的剂型、剂量、给药途径、给药次数、时间、合并用药的相互作用等因素都 会影响药物作用的效应。化学结构类似或连续用药后机体对药物的反应性降低，连续给药易产生耐受性： 作用性质类似的药物还会产生交叉耐受性 resistance）病原微生物对抗微生物药物产生的耐受性称抗药性（ ） drug dependence麻醉药品或精神药品连续使用时还可产生药物依赖性（ 7、生物药物(Biopharmaceutics)：是利用生物体生物组
6、织及其成分综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和现代药学的原理与方法进行加工，制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。广义的生物药物包括从动物、植物、 微生物、海洋生物等生物体中制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物。 生物药物进一步分成4大类，即：（1）基因工程药物（2）基因药物 （3）天然生化药物（4）合成或半合成的生物药物 生物技术药物：又称基因工程药物,则属于上述的（1）和（2）两类生物药物,国 家药品监督管理局将其列入新生物制品药物(以DNA重组技术生产的蛋白质、多肽、酶、激素、疫苗、单克隆抗体和细胞因子类药物，及用蛋白质工程技术制造的上述产品及
7、其修饰物)。反义药物、基因药物和核酶也属于生物技术药物的发展领域。 生物技术药物学：是近代药物学的一个重要分枝，是研究生物技术药物，尤其是 基因工程药物和基因药物的一门新型综合学科。内容包括各类生物技术药物的来源、结构、性状、作用、用途和用法等各方面的知识，比较系统地介绍生物技术药物在疾病防治、诊断有关的基础理论及其临床应用知识。根据生物技术药物的特点、重点，主要讨论：生物技术药物的临床前研究与临床评价、生物技术药物的生产工艺与生产管理、生物技术药物的质量控制与安全性评价、各类生物技术药物的来源，结构、性质、作用与用途。 、生物技术药物的主要品种类型：（1）细胞因子干扰素类（82）细胞因子白介
8、素类和肿瘤坏死因子（3）造血系统生长因子类（4）生长因子类（5）重组蛋白质与多肽类激素（6）心血管病治疗剂与酶制剂（7）重组疫苗与单抗制品（8）基因药物 9、生物技术药物表达系统：（1）大肠杆菌表达系统（2）昆虫细胞表达系统(3)酵母表达系统 (4)植物表达系统(5)哺乳类细胞表达系统(6)转基因动物与动物克隆技术 10、三股螺旋DNA技术：脱氧寡核苷酸能与双股螺旋双链DNA特异性序列结 合,形成三股螺旋DNA,这种三螺旋结构可阻止转录RNA和DNA的复制,因其作用原理有别于RNA的反义技术,所以有人将三螺旋DNA技术称为反基因技术。 11、新药的研究开发过程：化合物发现基本特性研究临床前研究
9、申报临床 试验临床试验（、和期）申报试生产申报生产证书产品投放市场后市场跟踪分析。 12、先导化合物：从众多天然来源或化学合成的候选化合物中发现具有进一步研 究开发意义的物质，具有特定生理活性的化合物,可作为进行结构修饰和改造的模型,从而获得预期药理作用的药物称为先导化合物，是新药研究的起始和基础。 高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平 的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机对实验数据进行分析处理，同一时间对数以千万样品检测，并以相应的数据库支持整
10、体系运转的技术体系。 新化学实体（New Chemical Entities,NCEs）：指以前没有用于人体治疗并注定可用作处方药的产品，可以治疗、缓解或预防疾病或用作体内疾病的诊断。它不包括现存化合物的新型盐类、前药、代谢物和酯类以及一些生物化合物(如疫苗、抗原和生物技术的其他产品），也不包括组合产品，除非其中一种或几种活性成分以前没有市售。 合理药物设计：是以某一疾病发生的分子机制为基础，进一步确定药物作用的靶 物质，并尽可能阐明靶分子的结构与功能，再以靶分子为对象设计药物分子，使其能专一结合于靶分子的活性部位(如酶的活性中心)，从而能改变靶分子的活性以发挥药物分子的治疗作用。常见的靶物质
11、有以下几种：.酶：.受体：3.离子通道，4.核酸。 组合化学：采用化学、生物学或生物合成方法，把诸如核苷酸、氨基酸、单糖以 及各种小分子，系统地装配成不同的组合，高效自动化合成结构多样性，具有多种特征的大量分子，建立可供筛选的化学物质库。 、可以申请专利的生物药物研究成果：13 从专利保护角度出发，生物技术发明一般分为三类： （1）方法发明。即利用生物转化、纯化、和分离等技术手段产生活的有机体或其他生物组分的方法发明。如一种纯的微生物培养方法，纯化的核酸序列(包括 分离的功能基因、质粒等)，以及其他纯化的生物分子(如抗生素、维生素)等。 （2）用途发明。也称生物特性利用发明。指有关动物、植物、
12、微生物或其他生物组分的生物特性在应用或用途方面的发明。对于基因和DNA序列的专利主要是保护具有功能的基因和它们的克隆产物的应用(如EPO、tPA)。 （3）产品发明。指动植物或其他生物组分的发明。如一种纯的微生物培养物，分离的病毒，专一纯化的蛋白。纯化的核酸序列(包括分离的功能基因、质粒等)，以及其他纯化的生物分子(如抗生素、维生素)等。 如果是采用基因重组、体细胞杂交等现代生物技术得到的产品，均是人工创造而非自然界存在的，因此符合发明定义。如果是用选育、突变、筛选等传统方法，需分析用该方法得到的产品是发现还是发明，是否为技术成果。 14、模仿创新：也称快速跟踪创新或“me too”创新，是在
13、不侵犯他人专利权的 基础上，对已知药物的药理、毒理、代谢及临床效果、作用机理、构效关系等进行充分研究，然后以该药为先导化合物进行结构修饰或改造，得到的改进的化学实体。 模仿创新（me-too）的研究方法：（1）密切注视新出现的，很成功的突破性新药，包括“me-too” 途径研制的新药，对母体药物进行结构修饰和改造，寻找新的化学实体（2）对某些无专利保护的新药，尽快进行结构改造形成自己的知识产权保护。（3）有专利保护的新药，深入研究其专利保护范围，在不侵犯专利情况下进行专利边缘创新。（4）有意识的改变局部化学结构，有可能获得强于母体的新药。（5）重视手性药物的开发。如对已有的外消旋体药物进行研究
14、开发成单一对映体的手性药物。 15、药品注册：是指国家食品药品监督管理局根据药品注册申请人的申请，依照 法定程序，对拟上市销售的药品的安全性、有效性、质量可控性等进行系统评价，并决定是否同意其申请的审批过程。 新药：系指未曾在中国境内上市销售的药品。已上市的药品改变剂型，改变给药 途径，增加适应症亦按新药管理。可基本上可分为中药与天然药物，化学药物，生物制品几类。创新程度可分为新药,仿制药,进口药三种。 我国未生产，国外也未生产的创新药物2.定义包含以下三种类型：1.我国未生产， .国外已生产的，但未在国内销售过。国外也未生产但已有文献报道过的药物；：药代动力学研究，包括药物在体内的吸收、分布
15、、代谢和排泄。主要研ADME 在体内各重要器官的分布和维持情况以及吸收程度，究新药在体内的吸收速率、 排泄的速率和程度等。 、临床前研究的内容16）药物good laboratory practice ,GLP应当执行药物非临床研究质量管理规范（：是为评价药物安全性，在实验室条件下，用）非临床研究质量管理规范（GLP生殖毒性，长毒，实验系统进行的各种毒性试验中的标准化管理措施。包括急毒，遗传毒性、致癌、局部毒性、免疫原性试验，依赖性试验，及评价药物安全性有 关的其它实验。理提取方法、为申请药品注册而进行的药物临床前研究，包括药物的合成工艺、稳定性、检验方法、质量指标、制备工艺、化性质及纯度、剂
16、型选择、处方筛选、 药理、毒理、动物药代动力学研究等。生物制品还包括菌毒种、细胞株、生物组织等起始原材料的来源、质量标准、保 存条件、生物学特征、遗传稳定性及免疫学的研究等。药的药物化学研究：主要包括工艺路线、结构确证和理化特性研究、质量 新(一) 稳定性和质量标准的制定研究等。理学研究新药临床前药理研究：包括主要药效学研究、一般药理学研究、药二) ( 药代动力学研究生殖毒性与致畸试验、（慢性）毒性试验、长期) 毒理学研究：急性毒性试验、(三 致突变、致癌和其它试验 物技术药物特殊情况资料)四 生(、新生物技术药物的一般研制过程 17实验研究 小量试制 临床前研究阶段 中间试制 试生产 正式生
17、产 18、生物利用度：给药后药物急速到达其作用部位的比例。 生物等效性试验：是指用生物利用度研究的方法，以药代动力学参数为指标，比较同一种药物的相同或者不同剂型的制剂，在相同的试验条件下，其活性成份吸收程度和速度有无统计学差异的人体试验。 、临床试验（clinical trial）：19指任何在人体（病人或健康志愿者）进行药物的系统性研究，以证实或揭示试验药物的作用，不良反应或药代动力学资料，目的是确定实验药物的疗效与安全性。新药的临床试验一般分为34期进行，必须经国家药品监察管理局批准后实施，执行药物临床实验质量管理规范（Good clinical pratice ,GCP） 分期和目的：
18、一期临床试验：初步的临床药理学及人体安全性评价阶段 目的：研究人体对新药的耐受程度和药代动力学，为制订给药方案提供依据。 受试者：在国家药监局新药审评办指定的定点临床试验医院 ， 遵循临床试验规范（GCP），选择10-30例的志愿者，受试者有知情权，男女各半，应给受试者必要的报酬。 给药剂量：一般不超过预测剂量的十分之一作为人用的起始剂量，并应事先确定耐受性试验的最大剂量，一般以临床应用该药单次最大剂量为限。从起始剂量至最大剂量之间用几个剂量级别，需视药物安全范围大小根据需要而定。在达到最大剂量仍无毒副反应一般即可终止试验。切不可机械地按动物剂量折算为人用剂量。 期临床试验：为治疗作用初步评价
19、阶段，可分为两阶段进行，初步评介药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性 (一)第一阶段 目的：在有对照组的条件下详细考察新药的疗效、适应症和不良反应。 试验设计：在国家药监局，新药审评办指定的临床试验医院进行，设置对照组， 要随机分组，用随机双盲对照法进行试验。 对照药：已知有效药物对照组（阳性）和安慰剂对照组（阴性对照）。 剂量：药物的使用剂量根据期临床试验结果而定，一般采用一种固定剂量。 (二)第二阶段 目的：在较大范围内对新药作全面评价，要求进一步扩大病例数（不少于300例）和扩大临床试验单位（不少于3个，多中心实验），可以不采用双盲法。 期临床试验：治疗作用确证阶段，扩大的多中心临床试
20、验。其目的是进一步验证药物对目标适应症患者的治疗作用和安全性，评价利益与风险关系，最终为药物注册申请获得批准提供充分的依据。试验一般应为具有足够样本量的随机盲法对照试验。该期的病例数更大，一般为1000-3000。 期临床试验：又称为后市场试验，(Post marketing trials)， 其目的就是评价药物长期使用的安全性，疗效和不良反应，尤其对于长期使用的药物。 、生物技术药物一般生产过程：获得目的基因构建DNA重组体将重组体20导入宿主细胞鉴定筛选阳性克隆构建基因工程菌（或工程细胞）；培养工程菌分离纯化表达产物除菌过滤半成品检定制剂成品检定包装 21、生物技术药品质量保证要素 （一）
21、药典（pharmacopia） （二）质量保证体系（药品质量管理规范文件及缩写） 药品的质量保证起始于新药的研究与开发 ，并贯穿于生产销售和使用的各个环节。 研究与开发者，临床前研究，GLP(good laboratory practice 药品非临床研究质量规范) 临床研究单位，GCP(Good clinical practice 药品临床试验管理规范) 药品生产企业 ，GMP(Good Manyfacturing practice 药品生产质量管理规范) 药品经销商，GSP(Good supplying practice 医药商品质量管理规范) 医院，消费者，GUP(Good use pr
22、actice 医药商品使用管理规范) 中药栽培企业，GAP（Good Agriculrure Practice 中草药栽培规范） 医院药房和药剂科，GPP（Good Pharmacy Practice 医院药房质量管理规范） QAGMPQC (三)生产车间与设备 制制药车间设备包括生产专门设施区、质量控制区和贮存区。 洁净区：是安装有制药设备并受严格环境洁净控制的区域，注射剂或无菌生物药物必须在洁净区生产，洁净区需特殊设计以防止产品受到污染，常见的污染物有微生物与颗粒物质。 洁净区的环境监测：空气悬浮粒子标准监测、微生物限度监测、人员监测 （四）制药用水系统 纯化水：为原水经离子交换法、反渗透
23、法、蒸馏法或其他适宜方法制得的供药用的水，不含任何附加剂，可作为配制普通药物制剂用的溶剂或试验用水，不能于注射剂的配制。 注射用水：为纯化水经蒸馏所得的水，应符合细菌内毒素实验要求，可作配制注射剂用的溶剂。 （五）生产许可（8项内容） 工艺规程，药品的批准文件（新药证书或药品批准书、药品生产许可证、GMP、批准文号）， 生产方法(manufacturing method)，生产过程控制方法及标准，原、辅料质量标准，成品质量标准、包装材料质量标准，稳定性考察，变更控制和登记。 、生物技术药物表达系统22 （一）原核生物细胞 ）大肠杆菌 （1 A.表达方式及特点 细胞内不溶性表达：包含体 胞内可溶
24、性表达：分离纯化较困难 细胞周质表达：用渗透振扰法分离产物,可避免细胞内蛋白酶的降解，或使表达的蛋白正确折叠，或去除 N- 末端的甲硫氨酸， 胞外分泌型表达：通过信号肽携带等操作，是最优选的方法。 B.不足 分泌能力不足，真核蛋白在E.coli中常形成不溶性包含体，表达产物必须变性和复性处理才能使目的蛋白恢复生物活性。 在E.coli表达体系中不存在翻译后修饰作用，对蛋白质产物不能进行糖基化，因此只能用于表达不需糖基化作用的真核蛋白。 由于翻译常从起始密码子AUG(甲硫氨酸)开始，因此目的蛋白的N末端常多了一个甲硫氨酸残基，容易引起免疫反应。 大肠杆菌还会产生内毒素，故目的产品应作内毒素检测
25、产生蛋白酶会破坏目的蛋白 C解决方法： 降低培养温度(从37降到30) 以硫氧还原蛋白为载体进行融合蛋白表达 （2）枯草芽孢杆菌 A、优点： 分泌能力强，表达产物可直接分泌到培养液中，不形成包含体。 B缺点： 不能使蛋白质产物糖基化， 另外由于它有很强的胞外蛋白酶，会降解表达产物。 （3）链霉菌 A特点： 不致疾、使用安全、分泌能力强，可将表达产物直接分泌到培养液中，具有糖基化能力。 B 缺点： 操作比大肠杆菌复杂，转化或转化频率低 用于基因表达的启动子少。 （二）真核生物细胞 （1）酵母 A特点： 酵母易繁殖，可以大规模廉价培养，而且没有毒性，能将表达产物分泌到细胞外，表达产物能糖基化，在细
26、菌中难于表达的真核基因在酵母中可获得高效表达。它有以下特点：是真核表达体系，对表达蛋白可进行折叠和翻译后修饰与糖基化；表达量高，如明胶表达量达14.8g/L;培养基成本低；适用高密度发酵；杂蛋白少，产物易纯化。 B缺点 色素难以除去 啤酒酵母表达量偏低；大量表达时，常会有质粒丢失；重组蛋白发生超糖基化；分泌蛋白留在壁膜间隙，增加了纯化难度。 毕赤酵母表达系统优于啤酒酵母。 （2）哺乳动物细胞 A优点： 哺乳动物细胞可将表达产物由重组转化细胞分泌到培养液中，使产物易于纯化。 哺乳动物细胞分泌的表达产物是糖基化的，接近或类似天然产物。可获得结构与天然蛋白相一致的活性蛋白，对于制造结构复杂的生物药物
27、是其它系统所无法比拟的。 B缺点： 细胞生长缓慢、生产效率低、培养条件苛刻、费用高，培养液中产物浓度稀，因此生产成本高，扩大生产规模有较大困难。 常用的哺乳动物细胞为中国仓鼠卵细胞(CHO细胞)和幼仓鼠肾细胞(BHK) （3）昆虫细胞表达系统 昆虫细胞可进行信号肽的切除，糖基化等蛋白质翻译后加工，并能进行适当的细胞分区和胞外分泌表达。主要包括杆状病毒表达系统、稳定转化系统（stable transformation system）两种。 （4）转基因动物：是指通过基因工程的手段对动物基因组的结构或组成进行人 并通过相应的动物育种技术使这些经修饰改造后的基因组在世代间得为的修饰，可以大以稳定的传
28、递和表达。动物基因组中稳定地整合含有外源性基因的动物。 容量、廉价地生产复杂蛋白。 5）转基因植物（可大规模生产治疗和诊断用的医用抗体。生产成本比其它任何来源抗体都要低。（木植物细胞的糖基化与哺乳细胞相似，但能产生一些不同哺乳细胞的糖类残基 糖残基），而缺乏哺乳动物常见的末端残基唾液酸。 23、最终产品的质量控制(1)生物学效价测定 （2）纯度测定（3）药物的比活性（4）理化性质鉴定（5）杂质检测 24、蛋白质类药物的降解途径 化学上的不稳定性：由多种因素引起的对蛋白质分子的化学基团进行化学修饰，引起原有化学键的断裂或形成新的价键形式。主要有：氧化作用，脱酰胺作用，水解作用，外消旋作用，-消去
29、反应等。 物理的不稳定性：主要是涉及到更高级空间结构的改变，包括蛋白质分子二级或高级空间结构的改变，这些改变的引起因素如：温度，pH 等 25、不稳定氨基酸残基的化学降解途径 不稳定氨基酸残基 基本化学反应 脱酰胺、外消旋作用、异构化Gln Asn，水解作用、外消旋作用、异构化 Asp 氧化作用Cys ，Met，HisTrp，Tyr-消去反应 外消旋化 ，SerThrCys 二硫键交换 Cys 26、提高生物技术药物稳定性的途径通过基因工程手段替换引起多肽不稳定的残基或引入能增加多肽稳定定点突变： 性的残基，可提高多肽的稳定性。 化学修饰：多肽的化学修饰方法很多，研究最多的是PEG修饰。PEG
30、是一种水溶性高分子化合物，在体内可降解，无毒。PEG与多肽结合后能提高热稳定性，抵抗蛋白酶的降解，降低抗原性，延长体内半衰期。选择合适的修饰方法和控制修饰程度可体质或提高原生物活性。 添加剂：通过加入添加剂，如糖类、多元醇、明胶、氨基酸和某些盐类，可以提高多肽的稳定性。糖和多元醇在低浓度下迫使更多的水分子围绕在蛋白质周围，因而提高了多肽的稳定性。在冻干过程中，上述物质还可以取代水而与多肽形成氢键来稳定多肽的天然构象，而且还可以提高冻干制品的玻璃化温度。此外表面活性剂如SDS、Tween，能防止多肽表面吸附、聚集和沉淀。 冻干：多肽发生的一系列化学反应如脱酰胺、-消除、水解等都需要水参与，水还可
31、以作为其它反应剂的流动相。另外，水含量降低可使多肽的变性温度升高。因此，冻干可提高多肽的稳定性。 27、细胞因子(Cytokine,CK)：主要是由免疫细胞分泌的、在体内含量极低、具 有多种生物学活性的小分子多肽、蛋白质或糖蛋白的统称。细胞因子介导多种免疫细胞间的相互作用。有多种其他名称：单核因子、淋巴因子等。 28、细胞因子的分类（按功能分）：白介素（interlenkin,IL），干扰素（interferen,IFN），肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)，集落刺激因子(colony stimulating factor,CSF)，生长因子(growth factor,GF)，趋化性细胞因子(chemokine)，转化生长因子（transforming growth factor，TGF），其它细胞因子。 29、白细胞：通常被称为免疫细胞，作为免疫系统的一部分帮助身体抵抗传染病 及外来的东西，是血液中一种重要的血细胞。 白细胞分类：单核-巨噬细胞、淋巴细胞、粒细胞（粒细胞存在较大颗粒，许多 类型的粒细胞可被
