基因工程应用.ppt

1、第七章第七章 基因工程应用基因工程应用基因工程药物基因工程药物转基因植物转基因植物转基因动物转基因动物基因治疗基因治疗基因芯片技术基因芯片技术基因工程的应用基因工程的应用抗体抗体疫苗疫苗激素激素寡核苷酸药物寡核苷酸药物细胞因子细胞因子基因工程药物基因工程药物7.1 基因工程药物基因工程药物7.1.1 基因工程激素类药物基因工程激素类药物激素：激素：是一类由生物体内分泌腺或特异性细胞产生是一类由生物体内分泌腺或特异性细胞产生的微量有机化合物，通过体液或细胞外液运送到特的微量有机化合物，通过体液或细胞外液运送到特定的作用部位，能引起特殊的生理效应。定的作用部位，能引起特殊的生理效应。激素激素（按化

2、学性质分）（按化学性质分）多肽蛋白类激素多肽蛋白类激素甾醇类激素甾醇类激素脂肪酸类激素脂肪酸类激素基因工程类激素：基因工程类激素：主要指通过基因工程方法合成的蛋主要指通过基因工程方法合成的蛋白多肽类激素。白多肽类激素。l胰岛素胰岛素胰岛素是最早从动物胰脏中分离出来的多肽蛋白类激素。胰岛素是最早从动物胰脏中分离出来的多肽蛋白类激素。胰岛素的合成胰岛素的合成胰脏胰岛的胰脏胰岛的细胞细胞前胰岛素原前胰岛素原胰岛素原胰岛素原成熟的胰岛素成熟的胰岛素跨膜运输跨膜运输切除前导肽切除前导肽在高尔基体内在高尔基体内形成二硫键形成二硫键切除切除C肽肽合合成成用基因工程生产人胰岛素的两种主要途径：用基因工程生产人

3、胰岛素的两种主要途径：用发酵的方法生产胰岛素原，在体外将胰岛素原用发酵的方法生产胰岛素原，在体外将胰岛素原转变成胰岛素。转变成胰岛素。（主要方法）（主要方法）先分别发酵生产人胰岛素的先分别发酵生产人胰岛素的A链和链和B链，纯化后再链，纯化后再在体外重组产生完整的人胰岛素。在体外重组产生完整的人胰岛素。l生长激素生长激素1985年，美国的年，美国的FDA批准了第一代重组人生长激批准了第一代重组人生长激素上市。第一代重组人生长激素在大肠杆菌中表达，素上市。第一代重组人生长激素在大肠杆菌中表达，蛋白质的蛋白质的N端比天然的人生长激素多了一个甲硫氨端比天然的人生长激素多了一个甲硫氨酸。酸。目前生产和使

4、用的是第二代生物工程生长激素。目前生产和使用的是第二代生物工程生长激素。第二代生物工程生长激素是以分泌蛋白的形式表达第二代生物工程生长激素是以分泌蛋白的形式表达的，信号肽在分泌的过程中被自动切除而产生与天的，信号肽在分泌的过程中被自动切除而产生与天然蛋白完全一致的序列。然蛋白完全一致的序列。生长激素：是由动物脑垂体前叶分泌的一种能促生长激素：是由动物脑垂体前叶分泌的一种能促进生长的蛋白类激素。进生长的蛋白类激素。7.1.2 基因工程细胞因子类药物基因工程细胞因子类药物细胞因子细胞因子（Cytokine）：是由细胞分泌的能调节）：是由细胞分泌的能调节生物有机体生理功能，参与细胞的增殖、分化和凋生

5、物有机体生理功能，参与细胞的增殖、分化和凋亡的小分子多肽类物质。亡的小分子多肽类物质。1957年年Isaacs和和Indenmann发现了第一种细胞发现了第一种细胞因子因子干扰素（干扰素（IFN）。细胞因子细胞因子（按功能分）（按功能分）干扰素（干扰素（IFN）集落刺激因子（集落刺激因子（CSF）白细胞介素（白细胞介素（IL）肿瘤坏死因子（肿瘤坏死因子（TNF）趋化因子（趋化因子（chemokine）生长因子（生长因子（GF）大多数细胞因子是分泌型小分子多肽，少数细胞大多数细胞因子是分泌型小分子多肽，少数细胞因子结合在细胞膜的表面。因子结合在细胞膜的表面。细胞因子通过与靶细胞表面的特异性受体结

6、合后细胞因子通过与靶细胞表面的特异性受体结合后发挥作用。发挥作用。作用特点：作用特点：多相性、网络性、高效性。多相性、网络性、高效性。生物学功能：生物学功能：调节免疫应答、抗病毒、抗肿瘤、调节免疫应答、抗病毒、抗肿瘤、调节机体造血功能、促进炎症反应。调节机体造血功能、促进炎症反应。l干扰素（干扰素（interferon，IFN）干扰素：干扰素：是一类多功能细胞因子，按结构和来源可是一类多功能细胞因子，按结构和来源可分为分为、三种。三种。IFN-主要由白细胞产生，主要由白细胞产生，IFN-由成纤维细胞产生，由成纤维细胞产生，IFN-主要由主要由T细胞和细胞和NK细细胞产生。胞产生。抗病毒感染抗病

7、毒感染调控细胞的生长调控细胞的生长调节免疫细胞发挥生理效应调节免疫细胞发挥生理效应干扰素的干扰素的主要生理作用主要生理作用临床应用：临床应用：治疗白血病、乙型肝炎、丙型肝炎、多治疗白血病、乙型肝炎、丙型肝炎、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。l红细胞生成素（红细胞生成素（erythropoietin，EPO）红细胞生成素：红细胞生成素：又称促红细胞生成素或红细胞生产刺又称促红细胞生成素或红细胞生产刺激因子，是一种集落刺激因子。它由肾脏和肝脏产生，激因子，是一种集落刺激因子。它由肾脏和肝脏产生，其主要功能是刺激造血始细胞分化为红细胞，维持外其主要功能是刺激

8、造血始细胞分化为红细胞，维持外周血中红细胞的正常水平。周血中红细胞的正常水平。1988年瑞士的年瑞士的Cilag公司上市了基因工程公司上市了基因工程EPO。中国仓鼠卵巢细胞（中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）生产的重组人细胞）生产的重组人EPO于于1989年被美国年被美国FDA批准上市，现已在全世界年批准上市，现已在全世界年销售额达数十亿美元，成为开发最成功的基因工程药销售额达数十亿美元，成为开发最成功的基因工程药物之一。物之一。生产生产EPO的关键是建立高表达工程细胞，由于蛋的关键是建立高表达工程细胞，由于蛋白质的糖基化对其生物学活性很重要，因此以基因工白质的糖基化对其生物学活性很重要，因此以基

9、因工程途径生产程途径生产EPO不能利用大肠杆菌表达系统，只能利不能利用大肠杆菌表达系统，只能利用哺乳动物表达系统进行生产。用哺乳动物表达系统进行生产。EPO的临床应用：的临床应用：肾功能衰竭导致的贫血；肾功能衰竭导致的贫血；肿瘤及肿瘤放化疗所导致的贫血；肿瘤及肿瘤放化疗所导致的贫血；骨髓增生异常综合症贫血；骨髓增生异常综合症贫血；类风湿性关节炎和红斑狼疮所致贫血；类风湿性关节炎和红斑狼疮所致贫血；艾滋病人因使用叠氮胸苷（艾滋病人因使用叠氮胸苷（AZT）治疗所致贫血。）治疗所致贫血。l干细胞因子（干细胞因子（stem cell factor，SCF）对骨髓造血干细胞和造血始细胞具有刺激效应。对骨

10、髓造血干细胞和造血始细胞具有刺激效应。目前人重组目前人重组SCF已完成临床实验并申请上市。已完成临床实验并申请上市。SCF也可与其它细胞因子联合使用，以发挥不同也可与其它细胞因子联合使用，以发挥不同的生理作用。的生理作用。l人表皮生长因子（人表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）人表皮生长因子，因其可抑制胃酸的分泌，故又称人表皮生长因子，因其可抑制胃酸的分泌，故又称抑胃素。它由抑胃素。它由53个氨基酸残基组成，广泛存在与人的各个氨基酸残基组成，广泛存在与人的各种体液中。种体液中。功能：功能：对多种细胞具有刺激效应。对多种细胞具有刺激效应。临床应用：临床应用：治疗

11、外伤、溃疡、烧伤等。治疗外伤、溃疡、烧伤等。l白细胞介素（白细胞介素（interleukin，IL）简称简称白介素白介素，是由多种免疫细胞产生的细胞因，是由多种免疫细胞产生的细胞因子，它是一类重要的免疫调节因子。子，它是一类重要的免疫调节因子。1972年这个家族的第一个成员年这个家族的第一个成员IL-1被发现，它被发现，它介导淋巴细胞的增值反应。介导淋巴细胞的增值反应。1983年发现了年发现了IL-2，它，它在免疫系统中发挥核心调节作用。到目前已发现在免疫系统中发挥核心调节作用。到目前已发现20多种白介素，分别以多种白介素，分别以IL-1IL-20表示。表示。临床应用：临床应用：治疗肿瘤及某些

12、感染性疾病如结核杆菌治疗肿瘤及某些感染性疾病如结核杆菌感染等，还可用于治疗艾滋病。感染等，还可用于治疗艾滋病。基因工程基因工程IL-2于于1992年由美国的年由美国的Chiron公司生公司生产并上市。产并上市。7.1.3 基因工程抗体基因工程抗体抗体：抗体：是在抗原物质刺激下产生的，能与相应抗是在抗原物质刺激下产生的，能与相应抗原发生特异性免疫反应的蛋白质分子。原发生特异性免疫反应的蛋白质分子。抗体的生理功能：抗体的生理功能：与特异性抗原结合发生免疫反应，与特异性抗原结合发生免疫反应，活化补体，通过与不同的受体结合而介导活化补体，通过与不同的受体结合而介导型变态型变态反应调节吞噬细胞的吞噬功能

13、。反应调节吞噬细胞的吞噬功能。抗体的临床应用：抗体的临床应用：抗肿瘤、抗感染、防止器官移植抗肿瘤、抗感染、防止器官移植中的排斥反应、抗血栓的形成、解毒等。中的排斥反应、抗血栓的形成、解毒等。l鼠源单克隆基因工程抗体鼠源单克隆基因工程抗体单克隆抗体：单克隆抗体：是由识别一种抗原决定簇的细胞产生是由识别一种抗原决定簇的细胞产生的均一性抗体，它反应的特异性高、亲和力强、效的均一性抗体，它反应的特异性高、亲和力强、效价高、血清交叉反应少。价高、血清交叉反应少。解决措施：解决措施：通过基因工程将鼠源单克隆抗体进行改通过基因工程将鼠源单克隆抗体进行改进，构建人鼠嵌合抗体或人源化抗体。进，构建人鼠嵌合抗体或

14、人源化抗体。基因工程抗体的基因工程抗体的临床应用：临床应用：用于抗肿瘤、抗病毒、用于抗肿瘤、抗病毒、抗移植排斥反应和抗过敏反应。抗移植排斥反应和抗过敏反应。缺点：缺点：鼠源单克隆抗体在重复用药时会产生抗鼠抗鼠源单克隆抗体在重复用药时会产生抗鼠抗体导致疗效降低。体导致疗效降低。l小分子抗体小分子抗体小分子抗体是针对完整抗体的分子量较大、不小分子抗体是针对完整抗体的分子量较大、不易透过血管壁等不足而进行改进的。易透过血管壁等不足而进行改进的。小分子抗体小分子抗体（按构建方法分）（按构建方法分）Fab抗体抗体单链抗体单链抗体单域抗体单域抗体超变区多肽抗体超变区多肽抗体l人源单克隆抗体人源单克隆抗体是

15、针对鼠源单克隆抗体存在抗鼠免疫反应的缺是针对鼠源单克隆抗体存在抗鼠免疫反应的缺陷而发展起来的。陷而发展起来的。制备人源单克隆制备人源单克隆抗体的两种方法抗体的两种方法通过噬菌体通过噬菌体通过小鼠通过小鼠7.1.4 基因工程受体基因工程受体受体：受体：是指细胞表面与各种配体如抗体等进行特异是指细胞表面与各种配体如抗体等进行特异性结合的大分子物质，它一般为糖蛋白。性结合的大分子物质，它一般为糖蛋白。受体的主要功能：受体的主要功能：接受并传递信号，将信号传递接受并传递信号，将信号传递到细胞内后，引发细胞的调控系统并产生一系列生到细胞内后，引发细胞的调控系统并产生一系列生理变化。理变化。受体受体（根据

16、与受体结合（根据与受体结合的配体种类不同）的配体种类不同）细胞因子受体细胞因子受体免疫球蛋白受体免疫球蛋白受体补体受体补体受体抗原受体抗原受体7.1.5 基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程细菌疫苗基因工程细菌疫苗基因工程病毒疫苗基因工程病毒疫苗核酸疫苗核酸疫苗其它基因工程疫苗其它基因工程疫苗7.1.5.1 基因工程细菌疫苗基因工程细菌疫苗基因工程细菌疫苗基因工程细菌疫苗基因工程痢疾菌疫苗基因工程痢疾菌疫苗基因工程霍乱菌疫苗基因工程霍乱菌疫苗基因工程结核菌疫苗基因工程结核菌疫苗基因工程伤寒菌疫苗基因工程伤寒菌疫苗7.1.5.2 基因工程病毒疫苗基因工程病毒疫苗基因工程病毒疫苗基因工程病毒疫苗基因工程亚单位疫苗基因工程亚单位疫苗基因工程载体疫苗基因工程载体疫苗基因缺失活疫苗基因缺失活疫苗7.1.5.3 核酸疫苗核酸疫苗核酸作为疫苗的优点：核酸作为疫苗的优点：其诱生的免疫应答不仅针对特异表位的抗体，其诱生的免疫应答不仅针对特异表位的抗体，还可以针对特异表位的杀伤性还可以针对特异表位的杀伤性T细胞；细胞；能扩大抗原的免疫原性；能扩大抗原的免疫原性；诱生杀伤性诱生杀伤性T细