Recombinant human insulin(Protgen Ltd.)

在药物研发的浩瀚宇宙中，存在着两大 “阵营”：一方是我们熟悉的小分子药物，如阿司匹林、布洛芬等，凭借小巧的分子结构在体内快速发挥作用；另一方则是近年来备受瞩目的大分子药物，它们以复杂的蛋白质结构为核心，如同精准部署的 “生物军团”，在治疗疑难病症上展现出独特优势。今天，我们就来深入探索大分子药物的世界，看看这些 “大家伙” 是如何从实验室走向临床，为人类健康保驾护航的。一、大分子药物：不一样的 “治病能手” 提起药物，很多人首先想到的是药片、胶囊等常见形态，这些大多是小分子药物。而大分子药物则截然不同，它们主要以蛋白质为基础，分子重量通常在数千道尔顿以上，结构也更为复杂。与小分子药物通过化学合成生产不同，大分子药物的 “制造工厂” 是活的生物系统，比如细菌、酵母、哺乳动物细胞等，依靠重组 DNA 技术来生产出与人体自身蛋白质相似或能模拟其活性的药物分子。 大分子药物之所以越来越受重视，关键在于其独特的优势。它们更贴近人体自身的生物分子，能精准作用于疾病靶点，减少对正常细胞的影响，因此在治疗癌症、自身免疫性疾病、遗传性疾病等方面效果显著。而且，很多大分子药物是针对体内缺失或功能异常的蛋白质进行 “补充” 或 “修复”，从疾病根源入手，治疗更具根本性。 目前，大分子药物主要涵盖疫苗、抗体、细胞因子、激素、基因治疗和干细胞治疗等领域，每一类都在守护健康的战场上扮演着重要角色。二、疫苗：人体的 “防御训练营” 疫苗绝对是大分子药物家族中 “知名度” 最高的成员之一。从出生后接种的卡介苗、乙肝疫苗，到预防流感、新冠的疫苗，它们如同为人体免疫系统打造的 “防御训练营”，提前让免疫系统认识病原体，以便在真正遭遇病原体入侵时能迅速发起反击。（一）传统疫苗：经典的 “防御教程” 传统疫苗主要有减毒活疫苗、灭活疫苗和类毒素疫苗三种。减毒活疫苗是通过化学处理、温度适应等方式降低病原体的毒性，使其失去致病性但仍保留免疫原性。比如预防脊髓灰质炎的萨宾疫苗、预防麻疹的麻疹疫苗等，只需接种一次就能激发持久的免疫保护，但存在一定的回复突变风险，且保质期较短。 灭活疫苗则是用甲醛、苯酚等化学物质或辐射将病原体杀死，使其无法复制和致病，但仍能刺激免疫系统产生抗体。像流感疫苗、甲肝疫苗等都属于这类疫苗，安全性较高，保质期相对较长，但通常需要多次接种才能达到理想的免疫效果。 类毒素疫苗是将细菌分泌的毒素经过处理，使其失去毒性但保留免疫原性，比如预防白喉、破伤风的疫苗。这类疫苗能有效预防由细菌毒素引起的疾病，为人体筑起一道抵御毒素侵害的 “屏障”。（二）新型疫苗：精准的 “防御升级” 随着生物技术的发展，疫苗研发也迎来了 “升级换代”， subunit 疫苗、载体疫苗、DNA 疫苗和肽疫苗等新型疫苗不断涌现。 subunit 疫苗不再使用完整的病原体，而是提取病原体表面能激发免疫反应的关键蛋白片段（抗原表位）来制作疫苗。科学家通过基因测序找到病原体的抗原基因，利用基因工程技术在体外表达出这些抗原蛋白，再经过纯化制成疫苗。这种疫苗安全性高，能精准激发针对特定病原体的免疫反应，比如预防宫颈癌的 HPV 疫苗就是典型的 subunit 疫苗。 载体疫苗则是将抗原基因插入到无害的病毒或细菌载体中，通过载体进入人体细胞后表达出抗原蛋白，从而激发免疫反应。常用的载体有腺病毒、痘病毒等，这种疫苗能模拟病原体自然感染的过程，激发强烈且持久的免疫应答，在新冠疫苗研发中就有广泛应用。 DNA 疫苗是将编码抗原蛋白的 DNA 直接注入人体，让人体自身细胞表达出抗原蛋白，进而激发免疫反应。它制作简便、稳定性好，且能同时激发体液免疫和细胞免疫，不过目前仍处于研究阶段，部分疫苗已进入临床试验。 肽疫苗是通过化学合成模拟病原体抗原表位的短肽链来制作疫苗，结构简单、纯度高，可根据需要设计出针对多种病原体的多表位疫苗，在肿瘤疫苗等领域具有广阔前景。（三）疫苗的 “得力助手”：佐剂 为了增强疫苗的免疫效果，科学家还会在疫苗中加入佐剂。佐剂就像疫苗的 “得力助手”，能通过多种机制增强免疫反应，比如形成抗原储存库缓慢释放抗原、激活免疫细胞等。目前常用的佐剂有铝盐佐剂（如氢氧化铝、磷酸铝），在多种疫苗中都有应用。此外，还有一些新型佐剂如 CpG 寡核苷酸佐剂、脂质体佐剂等，能更精准地调节免疫反应，进一步提升疫苗的效果。三、抗体：人体的 “精准导弹” 抗体是人体免疫系统产生的一种蛋白质，能特异性识别并结合病原体或异常细胞，就像 “精准导弹” 一样精准打击 “敌人”。在大分子药物领域，抗体药物凭借其高度的特异性和有效性，成为治疗癌症、自身免疫性疾病等的 “主力军”。（一）抗体的 “结构密码” 抗体的结构就像一个 “Y” 字形，由两条重链和两条轻链组成，通过二硫键连接在一起。重链和轻链上都有可变区和恒定区，可变区是识别和结合抗原的关键部位，不同抗体的可变区结构不同，决定了其识别抗原的特异性；恒定区则决定了抗体的类型和功能，比如激活补体系统、介导细胞毒性等。 当抗体与抗原结合后，会通过多种方式发挥作用，比如标记病原体或异常细胞，让免疫细胞（如巨噬细胞、自然杀伤细胞）识别并清除它们；或者直接中和病原体的毒性，阻止其感染正常细胞。（二）抗体药物的 “进化之路” 早期的抗体药物主要是从免疫动物的血清中提取的多克隆抗体，这种抗体是多种抗体的混合物，特异性较低，且可能引起人体的免疫反应。后来，单克隆抗体技术的出现改变了这一局面。科学家将能产生特定抗体的 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，这种细胞既能无限增殖，又能分泌特异性的单克隆抗体。单克隆抗体特异性高、纯度高，在疾病诊断和治疗中发挥了重要作用，比如治疗乳腺癌的曲妥珠单抗（赫赛汀）就是一种单克隆抗体。 不过，早期的单克隆抗体大多是鼠源抗体，进入人体后容易被人体免疫系统识别为 “外来物质”，引发免疫反应（如产生人抗鼠抗体），影响治疗效果且可能带来副作用。为了解决这一问题，科学家对抗体进行了 “人源化改造”，先后开发出嵌合抗体、人源化抗体和全人源抗体。 嵌合抗体是将鼠源抗体的可变区与人源抗体的恒定区拼接而成，降低了鼠源成分的比例，减少了免疫反应的发生。人源化抗体则进一步减少了鼠源成分，只保留鼠源抗体可变区中识别抗原的关键片段，其余部分均为人源序列，大大提高了安全性和耐受性。全人源抗体则是通过基因工程技术，让人体细胞或转基因动物产生完全由人源基因编码的抗体，几乎不会引起人体的免疫反应，是目前抗体药物研发的主流方向，如治疗类风湿关节炎的阿达木单抗（修美乐）就是全人源抗体。（三）抗体药物的 “升级形态”：抗体偶联药物 为了进一步提升抗体药物的治疗效果，尤其是在肿瘤治疗领域，科学家开发出了抗体偶联药物（ADC）。ADC 由抗体、连接子和细胞毒性药物三部分组成，抗体负责将细胞毒性药物精准递送到肿瘤细胞，连接子确保药物在到达肿瘤细胞前不被释放，细胞毒性药物则发挥杀伤肿瘤细胞的作用。这种 “精准投递 + 强效杀伤” 的模式，大大提高了肿瘤治疗的有效性，同时减少了对正常细胞的损伤，目前已有多种 ADC 药物获批用于治疗乳腺癌、淋巴瘤等恶性肿瘤。四、细胞因子：免疫调节的 “信号兵” 细胞因子是由免疫细胞和其他细胞分泌的一类小分子蛋白质，它们在免疫系统中扮演着 “信号兵” 的角色，通过传递信号调节免疫细胞的增殖、分化和功能，参与免疫应答和炎症反应等过程。在大分子药物中，细胞因子药物主要用于调节免疫系统功能，治疗免疫缺陷、癌症等疾病。 细胞因子主要分为淋巴因子和单核因子两大类。淋巴因子由淋巴细胞分泌，如白细胞介素（IL）、干扰素（IFN）等；单核因子由单核细胞分泌，如肿瘤坏死因子（TNF）等。 干扰素（IFN）是一类重要的细胞因子，根据其来源和结构可分为 I 型干扰素（如 IFN-α、IFN-β）和 II 型干扰素（如 IFN-γ）。I 型干扰素具有广谱抗病毒作用，能诱导细胞产生抗病毒蛋白，抑制病毒复制，同时还能调节免疫细胞功能，增强免疫应答，在治疗慢性乙型肝炎、丙型肝炎、某些血液系统疾病等方面有广泛应用。II 型干扰素主要由 T 细胞和自然杀伤细胞分泌，具有更强的免疫调节作用，能激活巨噬细胞、增强 T 细胞的杀伤活性，在治疗肿瘤、自身免疫性疾病等方面有一定的应用前景。 白细胞介素（IL）家族成员众多，不同的白细胞介素具有不同的功能。比如 IL-2 能促进 T 细胞、B 细胞的增殖和分化，增强免疫细胞的杀伤活性，在治疗黑色素瘤、肾癌等肿瘤方面有应用；IL-10 具有免疫抑制作用，能抑制炎症反应，在治疗自身免疫性疾病如类风湿关节炎等方面处于研究阶段。 肿瘤坏死因子（TNF）主要包括 TNF-α 和 TNF-β，其中 TNF-α 具有多种生物学功能，既能参与炎症反应、杀伤肿瘤细胞，也能在某些情况下促进肿瘤生长和转移。在药物研发中，科学家开发出了抗 TNF-α 抗体（如英夫利昔单抗、阿达木单抗），通过特异性结合 TNF-α，抑制其活性，用于治疗类风湿关节炎、强直性脊柱炎等自身免疫性疾病，取得了良好的治疗效果。五、激素：人体的 “内分泌调节器” 激素是由内分泌腺分泌的一类化学物质，通过血液循环到达全身各个组织器官，调节人体的生长、发育、代谢等多种生理过程，就像人体的 “内分泌调节器”。当人体自身激素分泌异常时，就需要通过激素药物进行补充或调节。 在大分子药物中，常见的激素药物有胰岛素、生长激素等。 胰岛素是由胰腺 β 细胞分泌的一种多肽激素，主要功能是调节血糖水平。当人体胰岛素分泌不足或胰岛素作用缺陷时，就会导致糖尿病。1921 年，科学家首次从动物胰腺中提取出胰岛素，用于治疗糖尿病。随着基因工程技术的发展，科学家通过重组 DNA 技术在大肠杆菌、酵母等微生物中表达出人类胰岛素，解决了动物胰岛素来源有限、可能引起免疫反应等问题。目前，重组人胰岛素已广泛应用于糖尿病治疗，根据作用时间的不同，可分为短效胰岛素、中效胰岛素、长效胰岛素等，能满足不同患者的治疗需求。 生长激素是由垂体前叶分泌的一种蛋白质激素，主要作用是促进人体生长发育，调节蛋白质、脂肪、糖的代谢。当儿童时期生长激素分泌不足时，会导致生长迟缓（侏儒症）；而分泌过多则会导致巨人症。通过基因工程技术生产的重组人生长激素，可用于治疗生长激素缺乏症，帮助患者恢复正常的生长发育。此外，生长激素在抗衰老、改善身体成分等方面也有一定的研究和应用，但需在医生指导下合理使用。六、基因治疗：修复基因的 “生命工程” 基因治疗是一项具有革命性意义的医疗技术，它通过将正常基因导入患者体内，替换或修复有缺陷的基因，从而治疗由基因缺陷引起的疾病。这就像对人体的 “基因密码” 进行修复和优化，从根本上解决疾病问题。 基因治疗的核心在于如何将正常基因安全、有效地递送到目标细胞中，这就需要借助载体。常用的载体主要有病毒载体和非病毒载体。病毒载体是将病毒的致病基因去除，然后将治疗基因插入到病毒基因组中，利用病毒的感染能力将治疗基因导入细胞。常用的病毒载体有逆转录病毒、腺病毒、腺相关病毒等，其中腺相关病毒载体因其安全性高、能长期稳定表达治疗基因等优点，在基因治疗中应用广泛，如治疗脊髓性肌萎缩症的 Zolgensma 就是采用腺相关病毒载体。 非病毒载体则是通过物理、化学方法将治疗基因导入细胞，如脂质体、纳米颗粒、电穿孔等。非病毒载体具有安全性高、可大规模生产等优点，但转染效率相对较低，目前仍在不断改进和优化中。 基因治疗在遗传性疾病、癌症、传染病等领域都有广阔的应用前景。比如在遗传性疾病治疗方面，通过修复患者体内缺陷的基因，可治疗镰状细胞贫血、囊性纤维化等疾病；在癌症治疗方面，可通过导入抗癌基因、免疫调节基因等，增强人体免疫系统对肿瘤细胞的杀伤能力，或抑制肿瘤细胞的生长和扩散。不过，基因治疗目前仍处于发展阶段，还面临着技术、伦理、安全等诸多挑战，需要科学家不断探索和突破。七、干细胞治疗：修复组织的 “种子细胞” 干细胞是一类具有自我更新和分化能力的细胞，就像 “种子细胞” 一样，能分化成多种不同类型的细胞，修复受损的组织和器官。在大分子药物治疗领域，干细胞治疗为多种疑难疾病的治疗带来了新的希望。 根据干细胞的分化潜能，可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞具有分化成人体所有细胞类型的能力，如受精卵；多能干细胞能分化成多种细胞类型，但不能分化成完整的个体，如胚胎干细胞、诱导多能干细胞（iPS 细胞）；专能干细胞只能分化成某一特定类型的细胞，如神经干细胞、造血干细胞等。 胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有强大的分化能力，能分化成各种组织细胞，在组织修复、疾病模型构建等方面具有重要意义。不过，胚胎干细胞的获取涉及伦理问题，目前其研究和应用受到一定限制。 诱导多能干细胞（iPS 细胞）是通过将特定的转录因子导入体细胞（如皮肤成纤维细胞），使其重编程为具有多向分化潜能的干细胞。iPS 细胞的出现解决了胚胎干细胞的伦理问题，且具有来源广泛、可个性化治疗等优点，在疾病治疗、药物筛选等领域展现出巨大潜力。 造血干细胞是一种专能干细胞，主要存在于骨髓、外周血和脐带血中，能分化成红细胞、白细胞、血小板等各种血细胞。造血干细胞移植已广泛应用于治疗白血病、淋巴瘤、再生障碍性贫血等血液系统疾病，通过将健康的造血干细胞移植到患者体内，重建患者的造血功能和免疫功能。 干细胞治疗虽然前景广阔，但目前仍面临着诸多挑战，如干细胞的定向分化、移植后的免疫排斥、长期安全性等问题。不过，随着技术的不断进步，相信在不久的将来，干细胞治疗将为更多患者带来福音。 从疫苗到干细胞治疗，大分子药物家族不断发展壮大，为人类健康提供了更多强有力的 “武器”。虽然目前部分大分子药物仍处于研究阶段，面临着技术、成本、伦理等方面的挑战，但随着生物技术的持续突破，相信这些 “生物军团” 将在守护人类健康的道路上发挥越来越重要的作用，为更多疑难疾病患者带来希望。 参考书籍：《DRUGS  FROM DISCOVERY TO APPROVAL：CHAPTER 4 DRUG DISCOVERY:  LARGE MOLECULE DRUGS  》 附：Cell Culture书籍知识汇总 细胞培养基础知识手册 药品制剂生产工艺技术转移 生物制品的质量控制与监管要求 制药与生物技术行业的 GMP 审计 生物制药生产的进展、趋势与挑战 细胞培养生物工艺工程 蛋白质层析：方法与实验方案 生物制药研发中蛋白质的生物物理表征 药物研发与上市全流程 大家好，本公众号设有专门的CMC学习交流群，不定期在群里进行CMC知识直播分享，欢迎感兴趣的朋友扫码入群学习。