第十三章 多肽与蛋白质类药物
第一节 多肽及蛋白质类药物的生产方法
一, 蛋白质类药物的分离与纯化
( 一 ) 材料选择
蛋白质类药物的原料来源有 动植物组织和微生物 等,
原则 是要选择 富含所需蛋白质多肽 成分的, 易于获
得 和 易于提取 的无害生物材料 。
对天然蛋白质类药物, 为提高 质量, 产量 和 降低生
产成本, 对原料的 种属, 发育阶段, 生物状态, 来
源, 解剖部位, 生物技术产品的宿主菌 或 细胞 都有
一定的要求, 了解这可使分离纯化工作事半功倍 。
( 1) 种属 牛胰含胰岛素单位比猪胰高, 牛为 4000IU
/ kg胰脏, 猪为 3000IU/ kg胰脏 。 抗原性 猪比牛的低 。
前者与 人胰岛素 相比, 只有 1个氨基酸 的差异, 而牛
有 3个氨基酸 的差异 。
( 2) 发育生长阶段 幼年动物的 胸腺 比较发达, 老龄
后逐渐萎缩, 因此 胸腺原料必须 采自幼龄动物 。
HCG在妊娠妇女 60~ 70天的尿中达到高峰;到妊
娠 18周已降到最低水平 。 然而 HMC必须从绝经期的妇
女尿中获取 。
肝细胞 生长因子 是从肝细胞分化最旺盛阶段的 胎
儿, 胎猪或胎牛肝中 获得的 。 若用成年动物, 必须经
过肝脏 部分切除手术后, 才能获得 富含肝细胞生长因
子 的原料 。
( 3) 生物状态 动物 饱食后宰杀, 胰脏中的胰岛素含
量增加, 对提取胰岛素有利, 但 胆囊收缩素 的分泌使
胆汁排空, 对胆汁的 收集不利 。 严重再生障碍性贫
血 症患者尿中的 EPO含量增加 。
( 4) 原料来源 血管舒缓素可分别从猪胰脏和猪颚
下腺中提取, 而 稳定性以颚下腺 来源为好, 因其不含
蛋白水解酶 。
( 5) 原料解剖学部位 猪胰脏中, 胰尾 部分含激素
较多, 而 胰头 部分含 消化酶 较多 。 如 分别摘取 则可提
高各产品的收率 。
胃膜素 以采取 全胃粘膜 为好, 胃蛋白酶 则以采取胃
底部粘膜 为好, 因 胃底部粘膜富含消化腺 。
( 6) 对生物技术产品宿主菌或细胞的要求
选择生物技术产品的 宿主受体菌 或 细胞 也应考虑
到 后处理 的问题 。 大肠杆菌表达, 由于其不能将所表
达的 蛋白质分泌 到体外, 故提取时必须 破壁, 增加了
提取的困难, 而且还可能含有 毒素类 有害因子 。
用 枯草杆菌或酵母菌 作宿主菌, 虽可解决这一矛
盾, 但表达的蛋白质成分仍有缺乏 糖基化 等翻译及修
饰的缺陷;
用 动物细胞和昆虫细胞表达 则能比较好地解决后
处理及完整表达的问题 。
用 肿瘤细胞 作宿主细胞制成的医药产品还应考虑
到其 安全性问题 。
( 二 ) 蛋白质提纯的一般方法
根据蛋白质在溶液中的下列性质分离蛋白质,分
子大小, 溶解度, 电荷, 吸附性质, 对其他分子的
生物亲和力等 。
1,根据蛋白质等电点的不同来纯化蛋白质
蛋白质, 多肽及氨基酸都是 两性电解质, 在一定
pH环境中, 某一种蛋白质解离成 正, 负离子 的趋势
相等, 或解离成 两性离子, 其净电荷为零, 此时环
境的 pH值即为该蛋白质的 等电点 。 在等电点时蛋白
质 性质比较稳定, 其物理性质如 导电性, 溶解度,
粘度, 渗透压等皆最小, 因此可 利用蛋白质等电点
时溶解度最小的特性来制备或沉淀蛋白质 。
两性物质的 等电点 会因条件不同 ( 如在不同 离子
强度的不同缓冲溶液 中, 或含有 一定的有机溶媒 的
溶液中 ) 而改变 。 当盐存在时, 蛋白质若结合了较
多的阳离子, 则等电点向较高的 pH值偏移 。 反之,
蛋白质若结合较多的阴离子, 则等电点移向 较低的
pH值 。
用 等电点法沉淀 蛋白质常需配合 盐析操作, 而除
去不需要的杂蛋白时, 常需配合 热变性操作 。
等电聚焦电泳 除了用于 分离蛋白质 外,也可用于
测定 蛋白质的 等电点 。
2,根据蛋白质分子形状和大小的不同来纯化蛋白质
蛋白质的一个主要特点是分子大 。 由此可以用 凝胶
过滤法, 超滤法, 离心法及透析法 等将蛋白质与其
他小分子物质分离, 也可将大小不同的蛋白质分离 。
[注意 ] 用 超滤法 时, 超滤膜截留分子量常与实际情
况不一致 。 分子量相近的蛋白质由于在介质中有 呈线
形溶质或者是球形溶质的区别, 可能出现不同的结
果 。
葡聚糖凝胶 含有少量的 酸性基团, 故有 较弱的离
子交换作用, 此外还有 吸附作用 。 在纯化蛋白质时,
可采用 低浓度的盐溶液 ( 0.01mol/ L), 或者用与
待分离蛋白质相同的标准蛋白质预先 使凝胶柱平衡,
以期不损失所分离的蛋白质 。
3,根据蛋白质溶解度的不同来纯化蛋自质
蛋白质的 溶解度 受溶液的 pH,离子强度, 溶剂的
电解质性质 及 温度 等多种因素的影响 。 在同一特定条
件下, 不同蛋白质有不同的溶解度, 适当改变外界条
件, 可以有选择地控制某一种蛋白质的 溶解度, 达到
分离的目的 。
属于这一类的分离方法有蛋白质的 盐溶 与 盐析法,
结晶法 和 低温有机溶剂沉淀法 。
乙醇和丙酮是有机溶剂沉淀法中最常用的有机溶
剂,由于 丙酮的介电常数 小于乙醇,故 丙酮 沉淀能力
比 乙醇 强。
4,根据蛋白质电离性质的不同来纯化蛋白质
离子交换剂作为一种 固定相, 本身具有正离子或负
离子基团, 它对溶液中不同的带电物质呈现不同的亲
和力, 从而使这些物质分离提纯 。
蛋白质, 多肽或氨基酸具有能够离子化的基团 。 对
蛋白质的离子交换层析, 一般多用 离子交换纤维和以
葡聚糖凝胶, 琼脂糖凝胶, 聚丙烯酰胺凝胶等 为骨架
的 离子交换剂 。 主要是取其有较大的蛋白质吸附容量,
较高的流速和分辨率等优点 。
对已知 等电点 的物质, 在 pH高于其等电点时, 用
阴离子交换剂, 在低于其等电点时, 用 阳离子交换剂 。
5,根据蛋白质功能专一性的不同来纯化蛋白质
主要的手段是 亲和层析法, 即利用蛋白质分子能与
其相应的 配体 进行 特异的, 非共价键的可逆性结合
而达到纯化的目的 。
[注意 ] 非专一性吸附主要来自吸附剂上的 离子基团
和 疏水基团 。 解决这一问题的方法是从制备和选用吸
附剂上着手 。
固相化金属亲和层析 ( IMAC) 是新发展的一种 亲
和层析技术 。 蛋白质分子中的 咪唑基和巯基 可与一些
金属元素 ( 如 Cu2+, Zn2+等 ) 形成配位结合, 使蛋
白质得到分离纯化 。
6,根据蛋白质疏水基团与相应的载体基团结合来
纯化蛋白质
蛋白质分子上有 疏水区, 它们主要由 酪氨酸, 亮
氨酸, 异亮氨酸, 缬氨酸, 苯丙氨酸等非极性的侧
链密集在一起形成, 并暴露于分子表面 。 这些疏水
区, 能够与 吸附剂上的疏水基团结合, 再通过 降低
介质的离子强度和极性, 或用 含有去垢剂的溶剂,
增高洗脱剂的 pH值等方法将蛋白质洗脱下来 。
用 含酚基疏水基团 的 琼脂糖纯 化重组人表皮生长
因子 ( rhEGF), 纯度可达 94%,回收率达 82%。
7,根据蛋白质在溶剂系统中分配的不同来纯化蛋白

这是一种以化合物在两个不相溶的液相之间进行分
配为基础的分离过程, 称之为 逆流分溶 。 利用 逆流分
溶技术 分离垂体激素, 氨基酸, DNA是很有效的 。
8,根据蛋白质受物理, 化学等作用因素的影响来纯
化蛋白质
蛋白质易受 pH,温度, 酸, 碱, 金属离子, 蛋白
沉淀剂, 络合剂 等的影响, 由于各种蛋白质都存在着
差异, 可 利用这种差异来纯化蛋白质 。
白蛋白 在 弱酸性条件下 加 辛酸钠 可 耐受 67℃ 的温
度, 而其他蛋白质将变性 。
球蛋白或白蛋白在 碱性条件下,可以和 利凡诺 作
用,形成 络合物 而与其他蛋白质分离。细胞色素 C
和胰岛素可用一定浓度的蛋白沉淀剂如 三氯醋酸沉
淀,而保存其活力。
9,根据蛋白质的选择性吸附性质来纯化蛋白质
在蛋白质分离中, 最广泛使用的吸附剂有 结晶磷
酸钙 ( 羟灰石 ), 磷酸钙凝胶, 硅胶, 皂土沸石,
硅藻土, 活性白土, 氧化铝以及活性炭 等 。 诸如催
产素, 胰岛素, HCG,HMG,细胞包素 C等都可以
通过 吸附层析技术 进行纯化 。
10,根据酶对蛋白质的作用来纯化蛋白质
对于酶蛋白 —— 超氧化物歧化酶 ( SOD) 的提取,
因 SOD能抵抗蛋白酶的水解, 可用蛋白水解酶降解其
他蛋白质, 以便于 SOD进一步的纯化 。
γ— 球蛋白, ACTH在分子中有活性中心, 可用 蛋白
酶水解 切去与生物活性无关的分子部分, 保留 活性分
子片 断, 使 产品纯化 。
对于无胰岛素生物活性的 胰岛素原, 用蛋白水解
酶可切去胰岛素原分子中的 C-肽, 使胰岛素激活 。
一些 活性多肽 常与其他蛋白质分子结合而不呈现活
性或不能够被提取, 用 蛋白水解酶 可以使其与其它蛋
白质解离, 恢复其生物活性和在溶液中的正常性质
( 三 〕 蛋白质的分离和纯化
1,时间因素
在蛋白质分离和纯化过程中, 共同的问题是蛋白
质 反应达到平衡 所 需要的时间, 而且为避免蛋白质
的 变性, 微生物的污染 等, 操作常在 低温环境中进
行 。
为更快达到 反应平衡, 应该考虑到这些因素 。 通
常 在 25℃ 时, 化学反应的速率是低温 5℃ 时的 3~ 4倍 。
这与物质的扩散系数有关, 而扩散系数受物质的 粘
度和温度 的影响 。 蛋白质生物大分子反应与小分子
化合物不同, 后者是以分, 秒和毫秒计时的, 而前
者要 10分钟以上 。
( 四 ) 溶液中蛋白质浓度的测定
溶液中蛋白质的浓度可根据它们的 物理, 化学性
质, 如 折射率, 比重, 紫外光吸收来测定 ;
化学反应方法, 如 凯氏定氮, 双缩脲反应, 福林
-酚反应测定 ;也可用染色法, 如 氨基黑, 考马斯亮
蓝测定;
此外还可用 荧光激发, 氯胺 T,放射性同位素计
数等灵敏度较高 的方法 。
上述方法, 紫外吸收法, 双缩脲法, 福林-酚试
剂法, 考马斯亮蓝染色法最为常用 。
( 五 ) 纯度检查
测定蛋白质的 纯度 是 化学和物理学 的概念,它和蛋
白质所具有的 生物活性 有着更复杂的关系,蛋白质的
聚合状态、辅基的存在、蛋白质的变性作用 等极大
地影响其 生物活性,而这些因素的影响有些往往是用
一般纯度检查的方法所查不出来的,纯度检查的方法
有:
1,HPLC或 FPLC
这是蛋白质纯度检查常用的有效方法 。 美国药典
已规定把 HPLC用于胰岛素纯度的检测项目中 。
2,电泳法
3,免疫化学法 ( 适用于产生特异性抗体的蛋白 )
4,生物测定法
利用动物体或动物的 离体器官, 细胞进行生物
效价的测定, 这种方法接近动物临床所产生的 生物
学效应, 因此实际意义也更大 。
5,分光光度法
( 1) 紫外分光光度法
( 2) 红外分光光度法 (蛋白分子结构有特别能级,
红外提供分子指纹 )
二, 多肽与蛋白质的化学合成
多肽的合成是 50年代开始, 在 有机溶剂中 进行的
均相反应, 因此叫作 液相合成法, 此法在合成分子
量不太大的多肽时是比较成功的, 但在合成更大的
蛋白质时, 产物还不能 表现出全部活力 且 不能结晶,
1962年建立的 固相合成 的 新方法, 对小肽的合
成是很成功的, 对大分子的合成, 如 124肽 的核糖核
酸酶, 还不能达到 天然物质的全部活力 。
目前试图合成大的蛋白质以及 建立快速简便的合
成方法 是多肽合成化学的 特征 。
在多肽合成中, 一般需要以下几个主要步骤,
① 氨基保护和羧基活化 ;
② 羧基保护和氨基活化 ;
③ 接肽和除去保护基团 。
( 一 ) 基团保护
要实现控制多肽合成, 如 N-末端 氨基酸残基的自
由 -NH2,C-末端 氨基酸残基的自由 -COOH以及侧链
上的一些 活泼基团, 加以 封闭或保护 。 待肽链形成
之后, 再将保护基除去 。 作为保护基, 必须既能在
接肽时起到保护作用, 在接肽以后, 能很容易地除
去, 且不致引起肽链的断裂 。
应用最多的 氨基保护剂 是 苄氧羰酰氯 ( Cbz-Cl),
可用 催化氢化法 或 钠氨法 ( 用金属钠在液氨中处理 )
除去保护基, 也可用 叔丁氧羰酰氯 ( BOC-Cl) 作 保
护剂, 用 稀盐酸或乙酸 在 室温除去保护基 。
羧基保护剂通常用 无水乙醇或甲醇在盐酸存在 下
进行 酯化, 使羧基 接上烷基 。 除去保护基可在常温下
用 氢氧化钠皂化法 。
有些 氨基酸 还有其他 功能基团, 在合成肽时, 都
要用适当的保护基团加以保护 。 例如组氨酸的 咪唑基,
丝氨酸的 羟基, 酪氨酸的 酚基, 半胱氨酸的 巯基 等,
都可用 苄基 ( — B2) 保护, 用 钠氨法 除去 。 谷氨酸和
天门冬氨酸的 β-及 γ-羧基 可用 β-及 γ-苯甲酯 保护, 用
催化氢化法 除去 。 精氨酸的 胍基 用 对甲基磺酰基
( Tos-) 保护 。
( 二 ) 肽的液相合成法
接肽反应除用 缩合剂 来完成外, 还可以用分别活
化参与形成肽链的 氨基和羧基 的方法来完成 。 因 活
化氨基 的反应激烈, 而且常常产生 消旋化, 所以,
总是采用 羧基活化 的方法, 合成肽的常规方法是从
C-端向 N-端进行 。
肽的合成法可分为 阶梯伸长法 和 片断缩合法 。
阶梯伸长法是将带有 R-O-CO-型保护基 的氨基酸
( 不是肽 ) 的羧基活化, 从肽的 C-端开始每次接上
一个氨基酸, 逐步递增的办法 。 这是合成比较小的
肽或肽段常采用的方法 。 片断缩合法是由小肽缩合
成大肽的方法, 为了避免消旋, 常用 叠氮法 接肽 。
2,片断缩合法
由小肽合成大肽时常用 叠氮法, 因叠氮法有较好的
产品光学纯度 ( 不消旋 ) 。
由小肽接成大肽时, 为了保证光学纯度, 应尽量利
用 Gly和 Pro这两个氨基酸的 C-末端接肽 。
( 三 ) 肽的固相合成法
在固相合成中, 肽链的延长是在不溶性的 聚苯
乙烯树脂载体上进行的 。 合成多 肽 的 C-末端 先和氯
甲基聚苯乙烯树脂 ( 氯化苄酯树脂 ) 反应形成 苄酯,
然后按 肽 链一级结构的顺序将氨基端已被保护的氨
基酸逐个加上去, 使肽链延长 。
固相法比液相法操作简便, 时间缩短, 可以自动
化 。 在我国医药工业用 。 人工合成催产素, 促黄体
生成素释放因子 ( LRH), 不仅产量高, 而且比天
然产品好 。
第二节 多肽类药物
( 一 ) 概述
活性多肽是生化药物中非常活跃的一个领域, 生
物体内已知的 活性多肽主要是从内分泌腺, 组织器
官, 分泌细胞和体液中产生或获得的 。
许多活性蛋白质, 多肽都是由无活性的 蛋白质前
体, 经过 酶的加工剪切 转化而来的有共同的来源,
相似的结构, 保留着若干彼此所特有的 生物活性 。
研究 活性多肽结构 与 功能 的关系及活性多肽之
间 结构的异同与其活性的关系, 将有助于 设计和研
制 新的活性多肽药物 。
多肽药物的种类
1,多肽激素
2,多肽类细胞生长调节因子
3、含有多肽成分的其他生化药物
二, 主要多肽类药物的制备
( 一 ) 胸腺激素 ( Thymus hormones)
胸腺是一个激素分泌器官, 对 免疫功能 有多方
面的影响 。 胸腺依赖性 的 淋巴细胞群 —— T细胞 直
接参与有关免疫反应 。
胸腺对 T细胞发育的控制, 主要通过由胸腺所产
生的 一系列胸腺激素, 促使 T细胞的前身细胞 ——
前 T细胞分化, 增殖, 成熟 为 T细胞的各种功能亚群,
由此 控制调节免疫反应的质与量 。 现已知某些 免疫
缺陷病, 自身免疫性疾病, 恶性肿瘤 以及老年性退
化性病变等皆与 胸腺功能 的减退及血中 胸腺激素 水
平的降低有关 。
1,胸腺素 ( Thymocln)
胸腺激素制剂 总的说来 都与调节免疫功能有关 。
( 1) 结构和性质 胸腺素组分 5是由在 80℃ 热稳定
的 40~50种多肽 组成的 混合物, 分子量在 1000~
15000之间, 等电点在 3.5~ 9.5之间 。
为了便于不同实验室对这些多肽的 鉴别和比较,
根据它们的 等电点 以及在 等电聚焦分离 时的顺序而命
名 。 共分 三个区域, α区 包括等电点 低于 5.0的组分,
β区 包括等电点在 5.0~ 7.0之间 的组分, γ区 则指其等
电点在 7.0以上 者 ( 此区内组分很少 ) 。 对分离的多
肽进行免疫活性测定, 有活性的称为胸腺素 。
( 2) 生产工艺:
① 工艺路线
② 工艺过程
提取 匀浆, 离心
加热去杂蛋白 提取液 80℃ 加热 15min,
沉淀 -10℃ 丙酮,
超滤 取分子量在 15000以下的超滤液 。
脱盐, 干燥 超滤液经 Sephadex G-25脱盐后, 冷冻
干燥 得胸腺素 。
( 3) 检验方法,活力测定,E-玫瑰花结升高 百分数
不得低于 10% ;分子量 15000以下 。
( 4) 作用与用途,为免疫调节剂 。
2,胸腺肽 ( Thymus peptides)
( 1) 结构和性质,胸腺肽中主要是 分子量 9600和
7000左右的两类蛋白质或肽类, 氨基酸组成达 15
种, 必需氨基酸含量高, 还含有 RNA 0.2~ 0.3mg
/ mg,DNA0.12~ 0.18mg/ mg。 对热较稳定, 加
温 80℃ 生物活性不降低 。 经 蛋白水解酶 作用, 生
物活性消失 。
( 2) 生产工艺:
① 工艺路线
② 工艺过程
超滤, 提纯, 分装, 冻干 加 3% 甘露醇作赋形剂 。
( 3) 检验方法,活力测定同胸腺素 。 分子量 10000以下 。
( 4) 作用与用途,胸腺肽可 调节细胞免疫功能, 有较好的抗
衰老和抗病毒作用 。 无过敏反应和不良的副作用 。
( 二 ) 促 皮 质 素 ( Adrenocorticotropic
hormone,ACTH)
1,结构和性质, 垂体 包括 腺垂体和神经垂体,
可分泌 多种激素 。
促皮质素是从 垂体前叶 提取出来的一种 多
肽激素 。 易溶于水, 等电点为 6.6。 在干燥和
酸性溶液中较稳定, 虽经 100℃ 加热, 但活力
不减 ;在 碱性溶液 中容易失活 。 能溶解于
70%的丙酮或 70% 的乙醇中 。
ACTH为 39个氨基酸 组成的直链多肽, 种
属差异仅仅表现在第 25~ 33位上 。 ACTH的 24
肽即 1~ 24位的片段 ( ACTH 1~ 24) 具有全
部活性 。 这是因为 ACTH的第 24位氨基酸之后
的部分, 不参与同 受体 的作用, 它 仅维持 整个
多肽结构的稳定性 。 ACTH可被胃蛋白酶部分
水解, 但仍有活力, ACTH在溶液中存在着高
度的 α-螺旋 。
2,生产工艺
( 1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
提取 分离 精制
CMC( 羧甲基纤维素 弱酸 ) 717处理色, 热原, 负离子 梯
度洗脱 。
732,717除盐(动态吸附)
3,检验方法
ACTH粗品每 1mg相当于 1U以上,用小白鼠胸腺萎
缩法测定; ACTH精品每 1mg45U以上,用去垂体大
白鼠的肾上腺维生素 C降低法测定。
4,作用与用途
ACTH能维持肾上腺皮质的 正常功能, 促进 皮质激
素的 合成和分泌 。
( 三 ) 降钙素 ( Calcitonin,CT)
1,结构和性质
降钙素 是一种调节血钙浓度的 多肽激素, 由 甲状
腺 内的 滤泡旁细胞 ( C细胞 ) 分泌 。 是由 32个氨基酸
残基组成的 单链多肽, 降钙素肽链的 脯氨酸端 与生物
活性有密切的关系, 去掉 脯氨酸则失活 。
降钙素分子量约 3500,溶于水 和 碱性 溶液, 不溶
于丙酮, 乙醇, 氯仿, 乙醚, 苯, 异丙醇及四氯化碳
等, 难溶于有机酸 。 水溶液中 2~7℃ 可保存 7天 。
降钙素 在人及哺乳动物体内,主要存在于 甲状腺、
甲状旁腺、胸腺和肾上腺等组织 中,鱼类则在 鲑、鳗、
鳟等的终鳃体 里含量较多。各种不同动物来源的降钙
素,氨基酸 排列顺序有些差异 。
2,生产工艺
制造降钙素的原料主要有 猪甲状腺和鲑, 鳗的心脏
或心包膜 。 用 化学合成 和 基因工程技术 制备降钙素
已获成功 。
( 1) 工艺路线:
提取, 分离, 精制
制丙酮粉, 离心与过滤 ( 工业考虑 ), 离子洗脱分离 。
3,检验方法
生物活性测定方法,样品用经过 0.1mol/ L醋酸钠
溶液稀释过的 0.1% 白蛋白溶液溶解, 取 0.2ml样品按
倍比稀释法配制, 选用雄性大白鼠, 静脉注射 1h收
集血液 。 血样品的血清钙值采用 原子吸收光谱法测定,
对照采用 MRC标准品, 该标准品是从猪甲状腺中提
取的 。 将标准品 稀释至所需要的稀释度 2.5,5,10和
20MRCmU/ 0.2ml,然后 用同样方法给大鼠注射, 1
小时后测定血清钙值 。 根据标准品测定样品的生物
活性 。
4,作用与用途
降钙素的主要功能是 降低血钙 。 由于降钙
素有抑制 破骨细胞活力 的作用, 所以能抑制骨
盐的溶解吸收, 从而 阻止钙从骨中释出 。
血钙高可促使 降钙素 分泌增加, 使血钙降
低, 血钙低时可促使 甲状旁腺素 分泌增加而使
血钙升高, 两者互相制约, 共同维持血钙平衡 。
第三节 蛋白质类药物
一, 概述
现正从 微生物和动物细胞 的 表达 转向 基因动植物
发展 。 鉴于一些蛋白质和多肽生化药物有一定的 抗原
性, 容易失活, 在体内的 半衰期短, 用药途经 受限
等难以克服的缺点, 对一些蛋白质生化药物进行 结构
修饰, 应用计算机图像技术研究 蛋白质 与 受体 及药物
的相互作用, 发展 蛋白质工程 及设计相对简单的小分
子来代替某些大分子蛋白质类药物, 并且起到 增强或
增加选择性 疗效的作用等, 已成为前瞻性的重要任务
之一 。
主要蛋白质类药物有以下几类:
1,蛋白质激素
2,血浆蛋白质
3,蛋白质类细胞生长调节因子
4,粘蛋白
5,胶原蛋白
6,碱性蛋白质
7,蛋白酶抑制剂
8,植物凝集素
二, 主要蛋白质类药物的制备
( 一 ) 白蛋白 ( Albumin)
1,结构和性质
白蛋白 又称 清蛋白, 是血浆中含量最多的蛋白质,
约占 总蛋白的 55% 。 同种 白蛋白制品 无抗原性 。 主要
功能是维持 血浆胶体渗透压 。
白蛋白为 单链, 由 575个氨基酸 残基组成, 分子量
为 65000,pI4.7,沉降系数 ( S20,w) 4.6,电泳迁移
率 5.92。 可溶于水和 半饱和 的硫酸铵溶液中, 一般当
硫酸铵的饱和度为 60% 以上时 析出沉淀 。
对酸较稳定 。 受热 后可 聚合变性,但仍较其他
血浆蛋白质 耐热,蛋白质的 浓度 大时 热稳定性小 。
在白蛋白溶液中加入 氯化钠 或 脂肪酸的盐,能提高
白蛋白的 热稳定性,可 利用这种性质,使白蛋白与
其他蛋白质分离。
白人血浆中分离的白蛋白有 两种制品,
一种是从健康人血浆中分离制得的,称 人血清白
蛋白 ;
另一种是从健康产妇 胎盘血 中分离制得的,称 胎
盘血白蛋白 。
制剂为 淡黄色 略粘稠的 澄明液体 或 白色疏松状
(冻干)固体。
2,生产工艺
( 1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
提取, 分离, 精制
利凡诺沉淀 弱酸性, 氯化钠 超滤器浓缩 热处理,
灭活病毒 除菌 ( 过滤 ) 。
( 二 ) 干扰素 ( Interferon,IFN)
1,结构和性质
干扰素( IFN) 系指由干扰素诱生剂诱导有关 生物
细胞 所产生的一类高活性、多功能的 诱生蛋白质 。
这类 诱生蛋白质 从细胞中 产生和释放 之后,作用于
相应的其他 同种生物细胞,并使其获得 抗病毒和抗肿
瘤 等多方面的,免疫力” 。人干扰素按抗原性分为 α、
β,γ三型 。根据氨基酸序列的差异,又分为 若干亚型 。
已知 IFN- α有 23个以上的亚型, IFN-β的基因位于第 9
对染色体上,而 IFN-γ的基因位于第 12对染色体上。三
种干扰素的理化及 生物学性质 有明显差异,即使是
IFN-α的各亚型之间,生物学作用也不尽相同。
2,生产工艺
我国已完善了利用血库血大量制备人血细胞干扰素
的方法, 达到 106U/ mg蛋白的水平 。 基因工程 α-干
扰素我国已于 1989年转入中试, 1990年获得生产许可
证而进入工业化生产阶段; γ-干扰素中试生产达到年
产 30g以上的规模 。
(1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
含有 ACD抗凝剂 塑料袋 氯化铵处理溶血 起动诱生
正式诱生 仙台病毒 ( 在 10天龄鸡胚中培养 48~ 72h,
收获尿囊液 )
3,检验方法
国际上规定, 能保护 50% 细胞免受病毒攻击的浓度即
为一个 IFN活性单位 。 我国用微量板染色的病变抑制
法测定, 具有操作方便, 节约材料, 快速, 结果可靠,
重复性好及便于保存标本等优点 。
本法测定 α,β,γ-干扰素可任选用 Wish细胞, A549
细胞和 Hep-2细胞, 细胞浓度 40万个/ ml左右, 病毒
为水泡口炎病毒 ( VSV) 。 方法为:将细胞在微量
板上培养, 分别加测定样品和 IFN标准品, 待细胞已
成单层即可攻毒, 约 24~ 30h待病毒对照的细胞几乎
全部病变时, 即可进行染色, 在 550nm波长比色, 计
算出 IFN单位效价, 再将测得的单位校正为国际单位 。
4,作用与用途
由于干扰素的抗病毒, 抗细胞分裂及免疫调节作用,
可用于:
( 1) 病毒性疾病 普通感冒, 疱疹性角膜炎, 带状疱
疹, 水痘, 慢性活动性乙型肝炎 。
( 2) 恶性肿瘤 成骨肉瘤, 乳腺癌, 多发性骨髓瘤,
黑色素瘤, 淋巴瘤, 白血病, 肾细胞癌, 鼻咽癌等,
可获得部分缓解 。
( 3) 用于病毒引起的良性肿瘤可控制疾病发展 。
细胞破碎的方法
1,物理方法:
( 1) 磨切法,工业上:绞肉机, 刨胰机, 胶体磨,
球磨机, 万能磨粉机
实验室:匀浆机, 组织捣碎机, 乳钵 ( 加玻璃粉, 氧
化铝 )
( 2) 压力法,压榨法,-25℃ ~ -30℃ 形成冰晶体,
500Mpa高压冲击 。
高压法,几百万~几千万压力冲击物料 。
减压法,反复加压 。
渗透压法,浓盐中平衡 。
( 3) 振荡法,用超声震荡破碎细胞, 频率 10 ~
200KHZ,注意冷却 。
( 4) 冻融法,-15℃ 以下冻融反复操作, 破碎细胞 。
2,化学方法,稀酸, 稀碱, 有机溶剂 (如胆酸盐, 氯
化十二烷基吡啶 )处理细胞, 破坏细胞结构, 释放内容
物 。
3,生物方法:
组织自溶法,
酶解法,
噬菌体法,感染细菌, 释放内容物 。
( 三 ) 胰岛素 ( Insrlin)
胰岛素广泛存在于人和 动物的胰脏 中, 正常人的
胰脏约含有 200万 个胰岛, 胰岛由 α-,β-和 δ-三种细胞
组成, 其中 β-细胞制造 胰岛素, α-细胞制造 胰高血糖
素 和 胰抗脂肝素, δ-细胞制造 生长激素抑制因子 。 胰
岛素在 β-细胞中开始时是以活性很弱的 前体胰岛素原
存在的, 进而 分解 为胰岛素进入血液循环 。
1,结构和性质 胰岛素由 51个氨基酸组成 。
不同种属动物的胰岛素 分子结构大致相同, 主要差
别在 A链二硫桥中间的第 8,9和 10位上的三个氨基酸
及 B链 C末端人的是苏氨酸, 猪的是丙氨酸,抗原性比
其他来源的胰岛素要低 。
胰岛素的性质有:
牛胰岛素的分子量为 5733,猪为 5764,人为 5784。
胰岛素的 等电点为 5.30~5.35。
胰岛素在 pH4.5~ 6.5范围内几乎不溶于水, 易溶于
稀酸或稀碱溶液;在 80%以下乙醇或丙酮中溶解 ; 在
90%以上乙醇或 80%以上丙酮中难溶 ;在 乙醚中不溶 。
在 高浓度锌 的溶液中, pH6~ 8时胰岛素溶解度急
剧下降 。
2,生产工艺
胰岛素在弱酸下或混悬在中性缓冲液中稳定 。
工艺路线:
3,注解
( 1) 离体后, 蛋白水解酶 类能分解胰岛素使之失活 。
因此, 要立即 深冻, 先在 -30℃ 以下急冻后转入 -20℃
保存备用 。 如用液氮或干冰速冻, 效果更好 。
在胰脏中, 胰尾部分胰岛素含量较高, 如 单独使
用可提高收率 10 %。
( 2) 胰岛素结构修饰, 可对胰岛素分子进行修饰和
改造, 以改变某些性质, 如 提高降血糖能力, 延长体
内 半衰期, 抗热变性, 抗蛋白水解酶的降解 等 。
( 3) 酶促半合成人胰岛素 。 经 胰蛋白酶 的 转酰胺作
用, 将 猪胰岛素 转化 为人胰岛素 B30。 再用 离子交换
层析纯化, 可得到高纯度人胰岛素 。
( 4) 重组 DNA技术制造人胰岛素, 人工合成的人胰
岛素克隆到大肠杆菌中生产人胰岛素 。
基因表达
容易进行 DNA重组技术操作 。
用于基因表达的宿主细胞分为 两大类, 第一类为原
核细胞,目前常用的有 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、
链霉菌 等; 第二类为真核细胞,常用的有 酵母、丝
状真菌、哺乳动物细胞 等。
宿主细胞的选择
( 1)大肠杆菌
〔 2〕 枯草芽孢杆菌
( 3)链霉菌
2、真核细胞
( 1)酵母
( 2)丝状真菌
( 3)哺乳动物细胞
4,检验方法
胰岛素效价测定, 各国药典规定有家免血糖降低法
和小鼠血糖降低法 。
5,作用与用途
胰岛素是调节血糖水平的重要激素, 能使血糖降低,
( 四 ) 生长素 ( Growth hormone,GH)
1,结构和性质
人的生长激素是由一条 191个氨基酸 的多肽链所构
成的蛋白质, 等电点 4.9,( 猪为 6.3), 沉降系数为
S20W2.179。 N端的 1~ 134氨基酸 段肽链为活性所必需,
C端 的一段肽链 可能 起 保护作用, 使生长激素在血循
环中不致被酶所破坏 。 人生长激素分子相当稳定, 其
活性在 冰冻条件下 可保持 数年, 在 室温放置 48h无变
化 。
只有 灵长类 的生长激素 对人有活性 。
生长激素与催乳素 的肽链氨基酸顺序约有 近一半
是相同的, 因此, 生长激素具有 弱的催乳素活性,
而催乳素也有 弱的生长激素的活性
2,生产工艺
( 1) 工艺路线
( 2) 注释:
水,0.1% mol/L、洗涤,0.25 % mol/L抽提。
硫酸铵 分级沉淀除杂,
分子筛 DEAE-C层析( 强碱 )用与 展层剂相似的
透析外液。
hGH的种属特异性很强 。
目前用枯草杆菌系统表达 hGH的最高产量达 1.5g/
L。
用 大肠杆菌 生产的 hGH及用哺乳动物细胞生产的
hGH,比垂体提纯的天然 hGH多一个蛋氨酸, 其治
疗效果更为显著 。
4,检验方法
GH生物测定用鹤子嗉囊法及大白鼠尾骨法 。
5,作用与用途
( 五 ) 胃膜素 ( Gastric mucin)
1,结构和性质
胃膜素是从猪 胃粘膜 中提取的 一种 以 粘蛋白 为主要
成分的药物 。
胃膜素着水后膨胀成为粘液, 遇酸即沉淀, 遇热不
凝固, 胃膜素水溶液能 被 60% 以上乙醇或丙酮 沉淀 。
胃膜素与酸 较长时间 作用, 能 分解 成各种蛋白质和
多糖组分 。 胃膜素的 等电点为 pH3.3~ 5。
2,生产工艺
目前生产胃膜素的工艺以 联产 最为可取。
( 1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
消化 氯仿脱脂, 分层
丙酮分级沉淀胃膜素, 胃蛋白酶 。
3,检验方法
目前我国质量标准各地尚不一致 。
4,作用和用途
胃膜素中的粘蛋白能抵抗胃蛋白酶的消化并吸附胃
酸,临床上用于胃、十二指肠溃疡和胃酸过多症。
( 六 ) 绒膜促性激素 ( HCG)
1,结构和性质,HCG是一种 糖蛋白, 由 α-链和 β-链两
个亚基 100个氨基酸组成, 分子量 47000~ 59000。 其
核心部分由氨基酸组成, 以共价键与寡糖链相结合,
在糖链的末端带一负电的 唾液酸, 每个 HCG分子中约
含 20个分子的唾液酸 。
易溶于水, 不溶于乙醇, 乙醚和丙酮等有机溶剂, 等
电点 pI3.2~ 3.3。 干品稳定, 稀溶液不稳定 。
2,生产工艺
( 1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
苯甲酸乙醇饱和液,用 95%乙醇全部溶解苯甲酸洗
脱,HCG沉淀 。
离子交换层析 梯度洗脱( PH) 3000~ 4 000IU/ mg
羟基磷灰石柱层析 10000~ 12 000IU/ mg
3,检验方法
检测 HCG生物活性, 中国药典和美国药典均规定
使用小白鼠子宫增重法, 日本药典规定使用大白鼠
卵巢增重法 。 中国药典规定> 1500U/ mg,第二国际
标准品 10000~ 15000U/ mg。
4,作用与用途
( 七 ) 人丙种球蛋白 ( γ-lmmunoglobulin)
1,结构和性质
免疫球蛋白 是一类主要存在于血浆中, 具有 抗体
活性 的 糖蛋白 。 对血清进行电泳后发现, 抗体成分存
在于 β和 Y球蛋白 部分, 故通称为 免疫球蛋白 ( Ig) 。
免疫球蛋白约占血浆蛋白总量的 20%。 除存在于血浆
中外, 也少量地存在于其它组织液, 外分泌液和淋巴
细胞的表面 。
根据免疫球蛋白的一些理化性质的差异, 可将 Ig分
成五类, 即 IgG,IgA,IgM,IgD和 IgE。 这五类 Ig的
主要理化特征见表 13·10。
2,生产工艺
( 1) 工艺路线:
3,检验方法
4,作用与用途
本品具有 被动免疫, 被动 -自动免疫以及非特异性 即负反馈作
用, 故可用于预防流行性疾病如病毒性肝炎, 脊髓灰质炎,
风疹, 水痘及治疗丙种球蛋白缺乏症等 。
( 八 ) 白细胞介素 -2( Interleukin- 2,IL- 2)
1,结构和性质
白细胞介素 ( ILS) 为 淋巴因子 家族的一员 。 到目
前为止, 已发现的 ILS已有 十余种 。
IL-2由 活化的淋巴细胞所产生, 为含 133个氨基酸
残基的 糖蛋白, 其精确分子量为 15420。 IL-2在 较宽
的 pH范围 内具有良好的 热稳定性, 56℃ 1h稳定,
37℃ 7天不丧失活力 。
2,生产工艺
( 1) 工艺路线:
( 2) 工艺过程:
诱生 用鸡瘟病毒和 PHA( 丝裂原培养基 )联合刺
激人 外周血白细胞, 37℃ 培养
酸 灭活病毒,硫酸铵分级沉淀,梯度洗脱,
PGE(聚乙二醇 )浓缩。
3,检验方法
4,作用与用途
IL-2能 诱导 T细胞增殖与分化, 刺激 T细胞分泌 γ-干扰
素, 增强杀伤细胞的活性, 故在调整免疫功能上具有
重要作用 。