多肽及蛋白质类药物

结业论文多肽及蛋白质类药物学院 环境工程学院 专业 生物工程 班级 生物11001班 目 录摘要1、 前言2、 多肽类药物和蛋白质类药物（1） 多肽类药物（2） 蛋白质类药物（3） 多肽和蛋白类药物的主要生产方法3、 重要多肽类药物（一）胸腺激素（二）促皮质素（三）降钙素四、重要蛋白类药物（1） 白蛋白（2） 干扰素（3） 胰岛素（4） 生长素（5） 免疫球蛋白 多肽及蛋白质类药物摘要随着蛋白组学计划的逐步深入，蛋白质结构与功能关系逐渐被破解，近年来越来越多的多肽及蛋白质类物质在诊断、治疗或作为疫苗预防各种疾病方面发挥着重要作用。多肽和蛋白质类药物主要以20种天然氨基酸为基本结构单元依序连接而得,代谢物氨基酸为人体生长的基本营养成分,可通过农产品发酵而制备，药效高、副作用小、不积累中毒，作为人体内源性物质参与人体新陈代谢的调控，与人体高度契合。多肽和蛋白类药物是目前医药研发领域中最有前景、进展最快的部分。关键字：氨基酸 多肽 蛋白质1、 前言多肽和蛋白质类药物指用于预防、治疗和诊断的多肽和蛋白质类物质生物药物。多肽是-氨基酸以肽链连接在一起而形成的化合物，它也是蛋白质水解的中间产物。N条多肽链按一定的空间结构缠绕纠结就构成了蛋白质。大分子蛋白质水解会生成多肽。多肽和蛋白质类生物药物按药物的结构分类可分为：氨基酸及其衍生物类药物、多肽和蛋白质类药物、酶和辅酶类药物、核酸及其降解物和衍生物类药物、糖类药物、脂类药物、细胞生长因子和生物制品类药物。随着生物工程技术的迅速发展，生物技术活性物质不断面世，已有不少生物技术药物应用于临床，国内外已批准上市的约40多种，1995年开发数为234种，目前正在研究的则成倍增加，在这些品种中，大量的均为多肽和蛋白质类药物。由于多肽和蛋白质药物的体内外不稳定性，临床主要剂型是溶液型注射剂和冻干粉针。为解决长期用药的问题，克服注射剂的不便和缺点，发展适宜给药途径的非注射传输系统是药剂学面对的挑战。2、 多肽类药物和蛋白质类药物（1） 多肽类药物多肽类药物主要包括多肽疫苗、抗肿瘤多肽、多肽导向药物、细胞因子模拟肽、抗菌性活性肽、诊断用多肽及其它药用小肽等7大类。1. 多肽疫苗20世纪人们发明了疫苗，疫苗的出现有效地降低了人类传染病的发病率和死亡率。但传统疫苗是减毒或灭活病原体，存在一定的毒副作用。所以开发新疫苗成了医学界的一项重大项目，在20世纪80年代终于有了进展，科学家们发现口蹄疫病毒的146-154及200-213氨基酸肽段含有免疫性位点，从而找到了一种新型的疫苗，即肽疫苗。合成肽疫苗就是用化学合成抗原表位氨基酸序列法制备而成的具有保护性作用的类似天然抗原决定簇的多肽疫苗，这种疫苗不含核酸，是最为理想的安全新型疫苗，也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。2. 抗肿瘤多肽 治疗肿瘤常见手段有放疗和化疗，但这些方法往往导致严重的副作用，因此寻找高效、低毒的抗肿瘤药物是目前热点之一，而新型的多肽药物恰恰具备了这些特点。小分子多肽广泛存在于自然界，并可通过人工方法合成，由于其具有相对分子质量小、活性高、毒性低的特点，在肿瘤的临床治疗上有重要的价值。3. 多肽导向药物在肿瘤的药物治疗过程中，化学药物在体内扩散后，不仅作用于肿瘤，还作用于健康的组织和器官，因而在杀伤肿瘤的同时,也给机体带来了很大的副作用,最终影响对肿瘤的治疗效果。而利用特异性作用于肿瘤组织或器官的结合分子能解决这个问题,从而改善抗癌药物的传递系统,也只有提高药物导向的特异性,才能实现治疗的针对性和安全性。传统的导向治疗是以单克隆抗体为导向载体的,目前仍然存在着没法克服的缺陷。而利用噬菌体展示技术构建的随机肽库可用于确定靶细胞的特异性结合肽,即通过确定表达在不同肿瘤细胞和组织器官上特异性分子的结合肽,并以此结合肽为载体与药物相联,这样可以有效地提高定向传递治疗药物的能力。噬菌体随机肽库技术是从20世纪80年代开始发展起来的一种新兴的分子生物学技术,是将大量随机合成的肽段与噬菌体外壳蛋白融合表达并展示于噬菌体表面,这种由表面表达有各种外源肽段的噬菌体就构成了随机肽库。用特定的靶分子通过亲和淘洗，能够高效、快速、简便地从噬菌体随机肽库中筛选到与特定靶分子结合的噬菌体肽,大大简化了蛋白质表达的筛选和鉴定。其中筛选肿瘤特异性结合肽,与药物偶联后用于肿瘤导向治疗是一项重要内容。4. 细胞因子模拟肽具有刺激造血生物学活性的细胞因子通过参与机体造血网络的调控,在造血细胞的增殖、分化、成熟及程序性死亡过程中发挥着至关重要的作用。除了在维持机体造血功能方面具有无可替代的作用外,细胞因子临床应用已取得令人瞩目的效果。然而,在应用细胞因子的过程中,一个不容忽视的重大问题就是毒副作用以及现有的给药方式,这无疑限制了许多细胞因子生物学效应的充分发挥。为此,近年来国际上有些学者对红细胞生成素和血小板生成素等细胞因子的模拟肽类/非肽类小分子进行了深入研究,以寻求理想、高效、安全、更佳的给药途径和临床适应证更广的新型药物。5. 抗菌性活性肽抗菌活性肽是由瑞典科学家Boman于1972年首先发现,1980年Hultlmark等分离纯化的,分子质量约为4ku的碱性多肽。现在发现抗菌肽广泛分布于细菌、昆虫、植物、两栖动物、哺乳动物中(包括人),具有广谱杀菌、抑病毒、抑杀肿瘤细胞等活性,还能加速免疫和伤口的愈合过程。6. 诊断用多肽多肽在诊断试剂中最主要的用途是用作抗原检测病毒、细胞、支原体、螺旋体等微生物和囊虫、锥虫等寄生虫的抗体,多肽抗原比天然微生物或寄生虫蛋白抗原的特异性强,且易于制备,其检测抗体的假阴性率和本底反应都很低,易于临床应用。现在用多肽抗原装配的抗体检测试剂包括:甲、乙、丙、庚肝病毒、艾滋病病毒、人巨细胞病毒、单纯疱疹病毒、风疹病毒、梅毒螺旋体、囊虫、锥虫、莱姆病及类风湿等。使用的多肽抗原大部分是从相应致病体的天然蛋白内分析筛选获得,有些是从肽库内筛选的全新小肽。心力衰竭是很多心血管系统疾病的最终转归,近年来很多研究结果发现心力衰竭患者血浆心脏利钠肽类激素浓度与超声心动图的很多参数又有很好的相关性,且能较好的反映心脏功能状态,因而被认为是一种有效的心功能评价手段。7. 其他要用小肽小肽药物除在上述几大方面已取得较大进展外,在其它很多领域也取得一些进展。比如Stiernberg等发现一个合成肽能促进伤口血管的再生,加速皮肤深度伤口的愈合。Pfister等发现一个小肽能防止碱损伤角膜内炎症细胞的侵润,抑制炎症反应。Carron等证实其筛选的2个合成肽能抑制破骨细胞对骨质的重吸收。（2） 蛋白质类药物蛋白质药物是生物技术药物中重要组成部分之一，是采用DNA重组技术或其他新生物技术生产的，在蛋白质水平对疾病进行诊断、预防和治疗的药物。蛋白质药物可分为多肽、基因工程药物、单克隆抗体、和基因工程抗体、重组疫苗，与以往的小分子药物相比，蛋白质药物具有高活性、特异性强、低毒性、生物功能明确、有利于临床应用的特点。由于其成本低、成功率高、安全可靠，已成为医药产品中重要组成部分。1. 基因工程药物基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。 在医学和兽医学中应用正逐步推广。2. 单克隆抗体将经过抗原刺激的B淋巴细胞与在体外经理化条件处理后与骨髓瘤细胞杂交融合，然后植入体内培养，合成分泌的抗体具有很强特异性和很高的杀伤力，因此称这种抗体为单克隆抗体。（3） 多肽和蛋白类药物的主要生产方法蛋白类药物主要有三种生产方法：直接提取、化学合成、基因工程方法。3、 重要多肽类药物介绍（1） 胸腺激素胸腺激素是由胸腺分泌的一类促细胞分裂的含28个氨基酸残基的具有生理活性的多肽激素。胸腺激素可诱导造血干细胞发育为T淋巴细胞，增强细胞免疫功能和调节免疫平衡,还可以增强巨噬细胞吞噬和抗原呈递功能，提高白细胞介素（IL）-2的应答水平和自然杀伤细胞（NK）活性并增强血液中超氧化物歧化酶的活性。临床上常用的胸腺肽是从小牛胸腺发现并提纯的有非特异性免疫效应的小分子多肽。胸腺激素主要用于治疗细胞免疫缺损性疾病，如胸腺发育不全、重症混合性免疫缺乏症、运动失调性毛细血管扩张症、麻风、重症感染、复发性口疮等伴有细胞免疫功能低下的患者。亦可用于病毒性肝炎、恶性肿瘤和抗衰老。目前，市场上主要有两种胸腺肽制剂：一种是从新生小牛胸腺组织中提取的多肽类制剂，主要化学成分是胸腺因子5（TF5）。这种多肽制剂属于异体蛋白，具有弱抗原性，在临床应用中会出现一系列不良反应，常见有发热、荨麻疹、皮疹，少数患者会出现过敏性休克、严重的肠胃道反应、精神抑郁，大剂量静脉滴注可引发头痛；另一种制剂是单一的胸腺肽1.胸腺肽1是胸腺肽的主要活性成分，生物活性强且成分单一，目前市场上销售的是由化学合成的乙酰化多肽，由28个氨基酸组成主要用于治疗慢性乙型肝炎，疗效明确且无明显副作用。（2） 促皮质素 促皮质素也叫促肾上腺皮质激素（ACTH），是维持肾上腺正常形态和功能的重要激素。它的合成和分泌是垂体前叶在下丘脑促皮质素释放激素（CRH）的作用下，在腺垂体嗜碱细胞内进行的。糖皮质激素对下丘脑及垂体前叶起着长负反馈作用，抑制CRH及ACTH的分泌。在生理情况下，下丘脑、垂体和肾上腺三者处于相对的动态平衡中，ACTH缺乏，将引起肾上腺皮质萎缩、分泌功能减退。ACTH还有控制本身释放的短负反馈调节。肾上腺皮质激素是肾上腺皮质部分泌多种激素的总称。根据动物实验和对肾上腺机能障碍病人的临床观察，知道肾上腺皮质分泌着与机体生命活动有重要关系的两大类激素，即盐皮质激素和糖皮质激素，同时还分泌少量性激素。盐皮质激素对人体起着保钠、保水和排钾的作用，在维持人体正常水盐代谢、体液容量和渗透平衡方面有重要作用。糖皮质激素类包括可的松（皮质素）和氢化可的松（皮质醇）等。这类激素对糖、蛋白质和脂肪代谢都有影响，主要作用是促进蛋白质分解和肝糖原异生。当食物中糖类供应不足（如饥饿）时，糖皮质激素分泌增加，将促进肌肉和结缔组织等组织蛋白质的分解，并抑制肌肉等对对氨基酸的摄取和加强肝糖异生，还促进肝糖元分解为葡萄糖释放入血以增加血糖的来源，血糖水平得以保持，使脑和心脏组织活动所需的能源不致缺乏。若是疾病导致人体合成分泌促皮质素不足，肾上腺皮质将会萎缩，其合成分泌激素的功能将会减弱甚至消失，人体新陈代谢过程会严重受损。这时，注射促皮质素可治疗这种病症，是肾上腺皮质功能恢复。（3） 降钙素降钙素（CT）是一种含有32个氨基酸的直线型多肽类激素，在人体里是由甲状腺的滤泡旁细胞（C细胞）制造。在鱼类、爬虫类、鸟类、哺乳类身上都有发现这种激素。主要功能是降低血钙，但降钙素对于调节血液中钙离子(Ca2+)恒定并不明显,主要是影响钙磷酸盐的代谢过程。降钙素主要通过以下四种方式降低血钙：1. 抑制小肠对于钙离子的吸收。2. 抑制蚀骨细胞（Osteoclast），减少骨骼中的钙离子流失到血液中3. 抑制肾小管对磷酸根的再吸收作用。4. 抑制肾小管对钙离子的再吸收作用，增加钙离子自尿液流失。降钙素的分泌与流经甲状腺的血液中钙浓度有关。因此，血钙浓度增加可引起降钙素分泌增加和抑制骨吸收，使高血钙病人其钙浓度下降。降钙素通过对骨的作用，与甲状旁腺素（PTH）一起起着调节体内钙平衡之作用。降钙素具有下列作用：1. 直接抑制破骨细胞对骨的吸收，使骨胳释放钙减少，同时促进骨骼吸收血浆中的钙，使血钙降低。可对抗PTH促进骨吸收的作用并使血磷降低；2. 抑制肾小管对钙和磷的重吸收，使尿中钙和磷的排泄增加，血钙也随之下降；3. 可抑制肠道转运钙；4. 有明显的镇痛作用，对肿瘤骨转移，骨质疏松所致骨痛有明显治疗效果。目前临床使用人工合成的降钙素替代人体自身的降钙素，在预防和治疗骨质疏松方面取得了良好的效果。降钙素由甲状腺C细胞产生，是钙代谢调节激素之一，它的主要功能是抵抗甲状旁腺素、抑制骨吸收、降低血钙、减少骨钙丢失。现代研究表明，使用降钙素治疗骨质疏松症不仅能提高骨的密度，还能改善骨的质量。老年人通过补充降钙素，可以防止“钙搬家”，预防骨质疏松，治疗因骨质疏松引起的腰背酸痛、身高变矮、驼背等。四、重要的蛋白类药物介绍（1） 白蛋白白蛋白又叫清蛋白，一类分子较小，呈球状，能溶于水的蛋白质。主要存在于哺乳动物、细菌、霉菌和植物中。卵白蛋白、乳白蛋白、豆白蛋白和血清白蛋白等都属此类。卵白蛋白是蛋清中的一种重要蛋白质，约占蛋清总蛋白的70%，分子内含糖，属于糖蛋白，加热即凝固，加硫酸铵至半饱和即沉淀析出。血清白蛋白是血清中含量最丰富的蛋白质，占血清总蛋白量的50%以上，不含糖，在饱和硫酸铵溶液中沉淀析出。白蛋白含量可作为诊断某些疾病的指标，如尿中白蛋白的含量的变化能反映肾脏的某些病变，有些疾病可引起血浆白蛋白含量的改变，如肝硬化病人的血浆白蛋白含量比正常人低。血清白蛋白有药用价值，注射白蛋白针剂可治疗浮肿等症。另一类是不被50%饱和度的硫酸铵溶液沉淀的球状蛋白质。存在于动物组织、体液和某些植物的种子中。其分子量较低，溶于水，易结晶。在中性溶液中加热即沉淀或凝固。其重要代表是血清蛋白、乳清蛋白、卵清蛋白、麦清蛋白、豆清蛋白及有毒的蓖麻蛋白。人血清（或血浆）清蛋白占血清蛋白质的5563%，是血清中少数不含糖的蛋白质之一；分子量67500，有584个氨基酸残基和高净电荷（等电点4.9）；与水、Ca2+、Na+、K+、脂肪酸及胆红素都有较好的结合能力；其主要功能是调节血液的胶体渗透压，血浆胶体渗透压的7580%靠清蛋白维持，血浆清蛋白浓度过低时，其胶体渗透压下降，可导致组织间隙潴留水分过多，呈现水肿。临床检验时在尿中发现的清蛋白常表示肾的某些病变。人血白蛋白是血液制品的一种，俗称“生命制品”、“救命药”。它是从健康人的血液中提炼加工而成，直接静脉注射到病人体内，其主要功能是增强人的免疫力和抵抗力。市场价300到400元一瓶。临床上主要用于失血创伤和烧伤等引起的休克、脑水肿，以及肝硬化、肾病引起的水肿或腹水等危重病症的治疗，以及低蛋白血症病人。（2） 干扰素干扰素（IFN）是一种广谱抗病毒剂，并不直接杀伤或抑制病毒，而主要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，从而抑制乙肝病毒的复制；同时还可增强自然杀伤细胞（NK细胞）、巨噬细胞和T淋巴细胞的活力，从而起到免疫调节作用，并增强抗病毒能力。干扰素是一组具有多种功能的活性蛋白质（主要是糖蛋白），是一种由单核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、影响细胞生长，以及分化、调节免疫功能等多种生物活性。干扰素药物功能强大，作为广谱病毒抑制剂，对RNA和DNA病毒都有抑制作用，干扰素抑制细胞分裂的活性有明显的选择性，对肿瘤细胞的活性比正常细胞大5001000倍。干扰素抗肿瘤效果可以是直接抑制肿瘤细胞增殖，或通过宿主机体的免疫防御机制限制肿瘤的生长，干扰素也可以诱导肿瘤细胞凋亡，从而杀灭肿瘤细胞。1957年，英国生物学家在利用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感干扰现象时，了解到病毒感染的细胞能产生一种因子，后者作用于其他细胞，干扰病毒的复制，故将其命名为干扰素。19661971年，Friedman发现了干扰素的抗病毒机制，引起了人们对干扰素抗病毒作用的关注，而后，干扰素的免疫调控及抗病毒作用、抗增殖作用以及抗肿瘤作用逐渐被人们认识。1976年Greenberg等首先报道用人白细胞干扰素治疗4例慢性活动性乙肝，治疗后有2例HBeAg（乙型肝炎E抗原）消失。但是由于人白细胞干扰素原材料来源有限，价格昂贵，因此未能大量应用于临床。1980-1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从每1升细胞培养物中可以得到20-40毫升干扰素。从1987年开始，用基因工程方法生产的干扰素进入了工业化生产，并且大量投放市场。目前使用干扰素治疗的主要对象是慢性乙型和丙型肝炎的病人。（3） 胰岛素胰岛素是由胰岛细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素。胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用来糖尿病治疗。胰岛素于1921年由加拿大人F.G.班廷和C.H.贝斯特首先发现。1922年开始用于临床，使过去不治的糖尿病患者得到挽救。中国科学院肾病检测研究所主治直至80年代初，用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏中提取的。不同动物的胰岛素组成均有所差异，猪的与人的胰岛素结构最为相似，只有B链羧基端的一个氨基酸不同。80年代初已成功地运用遗传工程技术由微生物大量生产人的胰岛素，并已用于临床。1955年英国F.桑格小组测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列，开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。1965年9月17日，中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素，它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。胰岛素主要用于治疗糖尿病，通过调节机体内三大营养物质的代谢来降低血糖。1. 调节糖代谢 胰岛素能促进全身组织细胞对葡萄糖的摄取和利用，并抑制糖原的分解和糖原异生，当胰岛素分泌不足或胰岛素受体缺乏常导致血糖升高；若超过肾糖阈，则糖从尿中排出，引起糖尿；同时由于血液中成份改变(含有过量的葡萄糖), 亦导致高血压、冠心病和视网膜血管病等病变。胰岛素作为唯一的降血糖药物，为人类做出了巨大的贡献。2. 调节脂肪代谢 胰岛素能促进脂肪的合成与贮存，使血中游离脂肪酸减少，同时抑制脂肪的分解氧化。胰岛素缺乏可造成脂肪代谢紊乱，脂肪贮存减少，分解加强，血脂升高，久之可引起动脉硬化，进而导致心脑血管的严重疾患；与此同时，胰岛素缺乏会导致机体脂肪分解加强，生成大量酮体，出现酮症酸中毒。3. 调节蛋白质代谢 胰岛素一方面促进细胞对氨基酸的摄取和蛋白质的合成，一方面抑制蛋白质的分解，因而有利于生长。腺垂体生长激素的促蛋白质合成作用，必须有胰岛素的存在才能表现出来。因此，对于生长来说，胰岛素也是不可缺少的激素之一。还有很多蛋白类药物是治疗疾病中常用到的，生长素可以促进生长，对于幼儿期缺少生长素的孩子，使用生长素治疗，可以像正常孩子一样生长。免疫球蛋白既是抗体，通过细胞工程手段生产的单克隆抗体是现在抗体研发的重要手段。