上海交通大学药学院朱建伟院长：自主创新是生物药物研发的根本道路
摘要
8月17日晚，火石百家邀请了上海交通大学药学院朱建伟院长，为大家分享“生物药物研发中的创新技术”。本次演讲主要介绍了生物类药物发展现状、瞬时表达技术在生物药物研发中的应用、CRISPR/Cas9技术在生物药物研发中的应用以及抗体研发的创新方法等几方面的内容。
整理：刘文晓；排版：赵成龙
在开始前，小编节选了一段录音，分享给大家。
分享环节
生物类药物发展现状
自2000年以来，生物药物市场平均每年以10%以上的增长率发展，这一趋势将持续到2020年甚至到更长的时间。最近生物药物市场最畅销的前10种药物中，大概有7~8个是生物类药物，其中大部分是抗体药物。由此可知，生物类药物（抗体药物）主导了药物发展趋向。
从最近15年中国单抗药物申报数量趋势图来看，从2000年到2010年，每年申报数量不超过5个，这一时期生物类药物发展缓慢；从2010年起，申报数量急剧上升；2015年，申报数量达到40多个。单抗药物仅仅是生物类药物的一种，由此可知，近年来生物药物蓬勃发展。
生物药物研发与个性化医疗药物
药物分类
1) 普通化学小分子药物：临床应用最多的一种药物，如阿司匹林、青霉素、Taxol（抗肿瘤药物）等；
2) 单抗类药物：如胰岛素、白介素、抗体等；
3) 病毒疫苗：如VLP、Polio等；
生物药物创新研发关键技术
抗体类药物：新靶点的寻找；免疫毒素（ADC）的研究；双特异、多特异免疫杂合蛋白的研究；
细胞因子：白介素、融合蛋白、长效化细胞因子等药物的发现；与受体共表达的细胞因子药物；细胞因子本身作为佐剂的研发；
新型重组疫苗：新型抗原、新型佐剂的研发以及大规模生产；
生产技术：连续生产、生产过程质量控制以及一次性技术的应用。
个性化医疗药物
对于不同的患者，特定疾病的发生机理可能不同，因此针对特定疾病的治疗药物并不是对每一个患有该疾病的患者都有效果。这可能导致同样的疾病需要不同的药物来治疗，增加了药物开发的多样性。个性化医疗药物的开发就是基于这样的情况，来开发正确的药物在正确的时间治疗对应的疾病。
瞬时表达技术在生物药物研发中的应用
蛋白药物基因表达有两种技术，瞬时表达技术与稳定表达技术。
瞬时表达技术可以加速药物前体中有效药物的筛选，从而加快了新药物的开发。从资源、时间和产品质量方面看，瞬时表达技术都优化了药物研发过程，该技术极大地缩短了蛋白药物从临床前到临床阶段的开发时间。
瞬时表达技术与稳定表达技术的异同点
1) 工艺步骤差别较大：稳定表达技术步骤较多，从细胞株的选择到克隆，再到稳定性鉴定，需要进行众多复杂操作；瞬时表达技术简单方便，仅仅只需要将DNA与细胞混合进行转化即可；
2) 时间不同：采用瞬时表达技术仅需1-2个月即可；稳定表达技术则需要1年甚至更长的时间。
3) 最终产品差别不大：无论是采用瞬时表达技术还是稳定表达技术，药物蛋白的产量、质量均基本没有区别，最大的影响因素还在于细胞株的选择。
相关研究文献表明，无论是在规模上还是在表达量方面，瞬时表达技术已经都达到了临床药物研发的标准要求。
药物筛选方法（以IGFBP7为例）
第一步，利用多种信号肽、启动子以及增强子的不同组合设计蛋白表达调控序列，并通过检测不同方案的5‘端UTR表达量，最终筛选出表达量效果最佳的方案。
如图所示，M3方案相对较好
第二步，使用western blotting 以及RP-HPLC方法鉴定表达效果；
第三步，表达蛋白的纯化，通常采用常规分离手段实现快速表达纯化；
第四步，验证药品蛋白的活性、分子量、质量以及浓度等一系列的药物临床应用参数，以确保药物的应用性。
CRISPR/Cas9技术的原理及应用
CRISPR/Cas9技术特点
重组效率高、简单，并可进行敲除敲入等操作；
可以建立具有多重突变的动物模型，在动物体内治疗遗传疾病；
可在人类干细胞中进行突变，改正缺陷；
可修改人工精子的基因；
可在大动物猪中敲除某些基因；
在CHO细胞中敲除FUT8基因（糖基化基因），产物没有Fucose，增加了攻击癌症细胞的肿瘤细胞毒性（ADCC）；
在CHO细胞中敲入基因，可在高表达位置进行定点表达；
CRISPR/Cas9技术药物开发应用原理
使用CRISPR/Cas9技术敲除CHO细胞的FUT8基因（糖基化基因）后，在生产抗体药物的过程中就可以去除Fucose，使细胞失去引导蛋白糖基化修饰的能力，从而加强了抗体药物本身对于癌细胞的攻击能力，但并不会改变抗体本身对于癌细胞的亲和力。
除了敲除细胞基因外，利用CRISPR/Cas9技术还可以向细胞中定点敲入一些抗体表达相关基因，从而辅助药物研发。
抗体产品的创新方法
第一代生物药物的开发
1982-1990年，分子生物学以及杂交瘤技术的发展，产生了一系列初期抗体药物，此期间的药物大多为鼠源蛋白，例如Humulin等。
第二代生物药物的开发
利用截短、人源化、点突变、融合技术、糖基化技术以及多聚化等多种新技术，通过改变药物的免疫源性和药代动力学特性、增强药物对于靶细胞亲和力、优化生产流程等方法改造第一代药物，从而产生了第二代生物药物。由于氨基酸的改变，第二代生物药物半衰期增加，长效性增强，比如可以增强造血功能EPO，在增加2个糖基化氨基酸后，半衰期增加了3倍。
单克隆抗体：抗体中人源序列越多，亲和性越高。第二代生物药物基本由鼠源变为鼠人源嵌合体甚至完全转变为人源抗体，实现了鼠源蛋白药物向人源蛋白药物的转变，现在的单克隆抗体基本为人源化的抗体。TNF、EGF受体等新靶点的发现，扩大了新药筛选的选择。
抗体片段药物：抗体片段本身可以作为药物来开发，例如雷珠单抗。
双特异性抗体：这类是对两个抗原同时有亲和力的抗体，现阶段做整个分子抗体还存在困难，在工艺上很难完全达到轻重链构象正确折叠以及配对。Cell、PNAS等多种杂志都有相关报道，国际上双特异性抗体是研究热点。在临床上，淋巴瘤、前列腺癌、胃肠道瘤等癌症的药物都在研发中。
提问环节
1、今年微生物组学又开始兴起，用微生物表达药物是否也会有一个比较大的利好，具体有哪些？
朱建伟院长：微生物作为表达抗体药物的宿主这种方案是可行的。但由于微生物缺乏对蛋白分子糖基化修饰功能，所以还不能直接表达全抗体，但可以生产抗体片段。
2、用微生物或病毒表达肿瘤疫苗的可行性以及未来趋势是？
朱建伟院长：长久以来，病毒一直被认为是危险品，连许多大公司都不愿意冒险来开发病毒疫苗。2013年，FDA才批准第一种病毒药物上市。目前，病毒甚至微生物都正在被重视起来，不仅可以应用到肿瘤疫苗中，还可以应用到肿瘤的免疫治疗中。
3、肿瘤疫苗是否存在大部分肿瘤都可以解决的途径？
朱建伟院长：我认为是存在的，肿瘤疫苗有一部分引起的是体内的免疫反应，虽然目前机理还不是非常清楚，但是估计跟免疫治疗的机理类似，由一点点的肿瘤疫苗来引起体内的免疫刺激反应，然后由体内的具有免疫功能的细胞来对肿瘤细胞进行杀伤。因此，是有可能存在一种肿瘤疫苗解决大部分肿瘤的途径的。
4、目前对于双特异性抗体研发来说，普遍性的技术问题是什么？
朱建伟院长：仅从生产工艺上来说，要生产全双抗的技术是非常困难的，如果没有特殊技术参与的话，只有12.5%的正确表达率，而加上许多Nature的文章中涉及到的新技术，最多也只能提高到70%-80%，还可能产生其他的一些问题。
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