摘要： 主要介紹基因工程的概念、基因工程技術開發藥物的壹般過程及基因工程藥物，同時探討了今後利用基因工程技術進行藥物開發、研究的發展方向。
正文：
1 基因工程概述
所謂的基因工程是指在體外將核酸分子插入病毒、質粒或其它載體分子，構成遺傳物質的新組合，並使之參入到原先沒有這類分子的寄主細胞內，而能持續穩定地繁殖。
基因工程的第壹個重要特征是跨越天然物種屏障的能力，即把來自任何壹種生物的基因放置在與其毫無親緣關系的新寄主生物細胞中去的能力。這表明人們有可能按照主觀願望創造出自然界中不存在的新物種。第二個特征是，它強調了壹種確定的DNA小片段在新寄主細胞中進行擴增的事實．才能制備到大是純化的DNA片斷，從而拓寬了分子生物學的領域，使之在生物制藥領域有巨大的應用。
基因工程自從20世紀70年代初期問世以來，無論是在基礎理論研究領域，還是在生產實際應用方面．都已經取得了驚人的成績。基因組核苷酸全序列的測定與分析，是基因工程技術促進基礎生物學研究的壹個出色範例。2001年2月12 日，由6國的科學家***同參與的國際人類基因組公布了人類基因組圖譜及初步分析結果，這結果為人們提供了約3000 多個基因可用來制藥，將推進基因制藥產業的快速發展。由於基因克隆技術的發展，已使得基因工程技術在工業生產尤其是制藥生產中發揮了重要作用。以前人們利用微生物自身生產有用的產品，如利用青黴菌生產青黴素、利用鏈黴菌生產鏈黴素等。但是從這些生物體中分離純化這些藥物，不僅成本昂貴，而且技術上也相當困難。如今將編碼這些藥物的基因克隆並轉移到合適的生物體內進行有效的表達，就可以方便地提取到大量的有用藥物。
2 基因工程技術開發藥物的壹般過程
利用基因工程技術開發壹個藥物，壹般要經過以下幾個步驟：①目的基因片斷的獲得：可以通過化學合成的方法來合成已知核苷酸序列的DNA片段；也可以通過從生物組織細胞中提取分離得到，對於真核生物則需要建立cDNA文庫。 ②將獲得的目的基因片斷擴增後與適當的載體連接後，再導入適當的表達系統。③在適宜的培養條件下，使目的基因在表達系統中大量表達目的藥物。④將目的藥物提取、分離、純化，然後制成相應的制劑。
以上方法大部分是以微生物或組織細胞作為表達系統．通過微生物發酵或組織細胞培養來進行藥物生產。近年來，通過轉基因動物來進行藥物生產的"生物藥廠"成為目前轉基因動物研究的最活躍的領域，也是基因工程制藥中最富有誘人前景的行業。轉基因動物制藥具有生產成本低、投資周期短、表達量高、與天然產物完全壹致、容易分離純化等優勢，尤其是適合於壹些用量大、結構復雜的血液因子，如人血紅蛋白（Hb）、人血白蛋白（HSA）、蛋白C（Protein C）等。英國的愛丁堡制藥公司通過轉基因羊生產α1-抗胰蛋白酶（α1-AAT）用於治療肺氣腫，每升羊奶中產16g AAT，占奶蛋白含量的 30%，估計每只泌乳期母羊可產70g AAT。另外，轉基因植物制藥比轉基因動物制藥更為安全，因為後者有可能汙染人類的病原體。目前，已經開發出許多轉基因植物藥物，例如腦啡肽、α-幹擾素和人血清蛋白，以及兩種最昂貴的藥物即葡萄糖腦苷脂酶和粒細胞-巨噬細胞群集落因子等。
3 基因工程藥物
基因工程藥物自20世紀70年代末期以來，有了飛躍的發展。1978年首次通過大腸桿菌生產由人工合成基因表達的人腦激素和人胰島素，1980年美國聯邦最高法院裁定微生物基因工程可以獲得專利．1982年第壹個由基因工程菌生產的藥物--胰島素．在美國和英國獲準使用以來，各種基因工程藥物猶如雨後春筍，得到了蓬勃發展。我國的醫藥技術的研發和產業化也取得了長足的進展。
（1） 抗生素類 傳統的抗生素生產，主要利用化學合成或微生物發酵來獲得，其生產過程中菌種的表達水平比較低，生產成本比較高，而且在使用過程中容易產生耐藥菌群。而利用基因工程技術可以對生產菌種進行基因改造，得到表達水平高、產品目的性強的菌株，如大腸桿菌生產青黴素酞胺酶。德國壹個科研小組對生產半合成青黴素的材料6APA．用基因工程來增強大腸桿菌的青黴素酰胺酶活性。將大腸桿菌的基因 PBR322的質粒克隆化所形成的菌株，其酶活力比原株提高 50倍．從而提高6APA生產能力。我國王以光利用基因重組技術對螺旋黴素產生菌進行改造，增強了丙酰基轉移酶的基因在螺旋黴素產生菌中的表達，並提高了丙酰螺旋黴素的產量。
（2） 活性多肽類 在人體中存在壹系列含量較低，但生理活性很高，而且在人體代謝過程中起著重要的調節作用的活性多肽類物質如激素等，這些物質在臨床上可以作為藥物來治療相應的因此類物質失衡而造成的疾病。此類藥物的制劑多來源於各種動物的臟器，生產方法復雜，成本高，個別產品還必須從動物的屍體中進行提取，無法進行大規模工業化生產，自基因工程技術問世以來，通過基因重組技術，可以由微生動進行生產，這是基因工程技術的最大成就之壹，以下是這類藥物中比較典型的兩個。
胰島素： Genentech公司在1978年，由Goeddel等學者應用基因重組技術開發出使用大腸桿菌生產人胰島素。隨著基因工程技術的不斷發展，生產胰島素的工藝和技術也不斷得到完善，在臨床上已經完全取代了由動物臟器提取得到的產品。目前，我國新疆轉基因羊已能夠成功表達人胰島素原，為胰島素的生產開發了新途徑。
生長素： 人類生長素臨床用於治療侏儒癥和肌肉萎縮癥．傳統制造方法是由人腦下垂體抽提精制而得，其原料來源困難，產量受到極大限制。全世界侏儒癥患者中僅有1%可以得到治療，原因是生長素價格極其昂貴，達每克5000美元。1979年Genentech公司由Goeddel等學者應用基因重組技術首先開發出使用大腸桿菌生產人生長素．近年來還開發了以酵母菌來生產生長素，其產量可達到1.4×106～4.7× 106分子/細胞。目前，我國基因工程人生長素已研制成功，並投入市場和用於臨床使用。
除上述藥物外，運用基因工程技術生產的這類藥物還有神經生長因子（PDGH）、人基底成纖維細胞生長因子、絨毛膜促性腺激素等。
（3） 細胞免疫調節因子 基因工程技術用於細胞免疫調節因子的產品較多，臨床廣泛應用於抗腫瘤和免疫調節等。近年來，由於基因重組和細胞融合兩大技術的進步，加上高壓液相層析技術、氨基酸序列分拆裝置以及蛋白質的精制和解析技術的改進，使壹些調節細胞免疫活性物質的研究和開發得到快速發展，如幹擾素（INF）、白介素（IL）、集落刺激因子（CSF）和腫瘤壞死因子（TNF）等。
幹擾素是其中研究較為廣泛，技術比較成熟，產業化較早的壹個產品。第壹代幹擾素是從血液中進行提取而得到。據芬蘭的K Canted報道，處理23000L血液，所得純度1%以下的幹擾素不足100mg．所以產量很低。而且由於血源質量不能保證，可能造成血源性傳染病的傳播。第二代幹擾素是采用基因工程技術進行生產的，其生產水平可達250000分子/細胞，每升可含2.5億單位，成本顯著下降，產品純度很高，含量可達90%以上。目前，已經商品化的基因工程幹擾素有α、 β、γ三種，而且生產技術也在不斷完善。俄羅斯科學家構建了以假單胞菌為載體的表達系統來生產基因工程幹擾素．與傳統的大腸桿菌表達系統相比其培養周期短，細胞易於破碎便於提取。隨著基因重組技術的不斷發展，壹些研究人員對幹擾素基因進行改造，構建靶向幹擾素基因及表達載體。夏小兵等利用限制性內切酶分別從含有抗乙型肝炎S抗原（HbSAg）人源單鏈抗體與人幹擾素α質粒中切出目的基因，連接到 pET22b質粒中，構建成單鏈抗體靶向幹擾素表達載體，在大腸桿菌中表達成功。
（4） 疫苗傳統的疫苗是病源微生物的減毒或滅活物質，但這些疫苗都不理想，有可能發生回復突變，恢復毒性；或者因為滅活不適當引起疾病流行。利用基因工程技術生產的新型疫苗，可以克服傳統疫苗價格昂貴、安全性能差等缺點，能為目前尚無有效疫苗的某些特殊疾病如艾滋病，提供有效的治療手段。
第壹個商品化的基因工程疫苗是抗人乙型肝炎病毒（HBV）的疫苗。我國大約有10% 的人口受到HBV的侵害， HBV的感染通常還與特殊的肝癌（HCC）有著密切的關系，每年全世界死於HCC的病人有30萬左右。HBV具有高度的寄主專壹性，只能感染人類和黑猩猩，這意味著只能從肝炎患者身上才能獲得有限數量的病毒，供做疫苗使用，而且從患者血液中提取制備的疫苗，還有傳染艾滋病的可能。利用基因工程技術生產的抗HBV疫苗克服了傳統疫苗的缺點，質量和安全性高，用量極少，壹般劑量為10mg以下，接種3次，為普通藥品用量的千分之壹。1982年P Valenzuela等人將S基因（HBV表面抗原基因）的壹個片段克隆在壹種載體上，結果在酵母中合成出來HBV表面抗原（HbsAg）顆粒，其產量達25 μg/L，酵母表達系統現在已經能夠大規模生產供給人類使用的重組肝炎疫苗。
大約20年前，人們發現"裸露"DNA註入體內能夠誘發免疫反應，科學家們進行了大量研究，開發出了新型的核酸疫苗。所謂核酸疫苗，是指將編碼某種抗原蛋白的外源基因（DNA或RNA）直接轉移到動物體內，通過宿主表達系統合成抗原蛋白，誘導宿主對該抗原蛋白產生免疫應答，以達到預防和治療疾病的目的。現已開發出多種核酸疫苗，例如：流感核酸疫苗、艾滋病疫苗、狂犬病疫苗、結核病疫苗和乙型肝炎疫苗和戊肝疫苗等。
（5） 基因治療制品 基因治療在1990年開始進行實驗， 1993年美國FDA給人類基因治療下的定義為："基於對活性細胞遺傳物質的改變而進行的醫學治療，這種改變可以在活體外進行，然後應用於人體，或者直接在人體內進行"。因此，基因治療存在兩種方式，即間接體內法和體內法。間接體內法主要是通過在體外進行基因轉移，篩選可表達外源基因的細胞，然後再轉移到體內；體內法則是直接在體內改變與修復遺傳物質。隨著分子生物學、基因重組技術的發展，有關目的基因的獲得方法已趨成熟，但是，目的基因的轉移傳遞系統、目的基因的表達調控以及療效和安全性還需進壹步研究證實。目前，基因轉移系統主要是兩類：壹類是由病毒介導的基因轉移系統，主要包括逆轉錄病毒（Rt）、腺病毒（Ad）、皰疹病毒（HSV）和腺病毒相關病毒（AAV）載體等。Nnldini等開發出壹種基於HIV的重組Rt載體，不需要輔助細胞，能廣泛感染各種非分裂細胞，同時保留了能整合在宿主染色體上的特點。世界上第壹例基因治療所采用的載體即是Rt載體，治療腺苷酸脫羧酶缺乏所致的嚴重聯合免疫缺乏癥（ADA-SCID）。另外壹類是非病毒介導的基因轉移系統，包括脂質體、分子偶聯載體、基因槍和裸DNA等。
另外，反義核苷酸技術也應用於基因治療，尤其在抗乙肝病毒的基因治療方面，包括反義DNA、反義RNA和核酶 RNA等。2001年，Robaczewska等首次通過靜脈給予反義 DNA，選擇性抑制北京鴨HBV在鴨肝臟中的復制和表達，證明了反義DNA在動物實驗中的有效性。美國Viagene公司研究出壹種被稱為"艾滋病毒免疫制劑"，該藥為壹種鼠逆病毒與核心蛋白編碼的基因序列和HIV表面抗原RNA結合產物，在小鼠和靈長類動物試驗中確定該藥能誘導出強的 HIV-特異性殺傷細胞。
4 結束語
基因工程技術使藥品開發發生了根本性的轉變。傳統的藥品開發方式是在大量的化學合成物質和微生物代謝產物中進行隨機篩選，得到其中的有效成分作為新的藥物。采用基因工程技術開發新藥，是通過對致病機理的研究，找到那些可用於治療目的的有效成分以及其編碼基因，經過基因重組將其轉入適當的載體，大量表達其有效成分作為治療藥物。同時，基因工程技術給藥品生產技術帶來了革命性變化。過去壹些生產困難的產品，如激素、酶、抗體等壹些生物活性物質，通過基因工程手段可以高質量、高收率地付諸生產，同時生產成本也大幅度降低，提高了患者的用藥水平和生活質量。
基因工程技術在傳統醫藥不能有效治療的壹些疾病，如癌癥、艾滋病、遺傳病等的診斷、治療和預防等方面提供了有效的新手段，並取得了壹些重大的突破。如發現了致癌基因，可使癌癥的早期診斷和治療藥物的開發成為可能。隨著分子生物學和基因重組技術的發展，我們相信這些嚴重危害人類生命的疾病，在不久的將來會得到有效的預防和治療。