生物技术药物研发：百舸争流竞上游
1：2006年国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确强调：“把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重点，加强生物技术在农业、工业、人口与健康等领域的应用。”日前，记者就我国生物技术药物研发现状、存在的问题等相关话题采访有关专家时，他们纷纷表示，经过近20年的发展，我国生物制药产业日趋成熟，在新形势下，依靠国家的大力扶持和科技人员的共同努力，它将进入新的战略机遇期。
2：成绩显著
参与编写《中国生物产业发展报告2006》的军事医学科学院生物工程研究所副研究员胡显文博士在接受记者采访时强调，我国的生物制药起步并不晚。20世纪80年代中期就已经着手研制白介素-2(IL-2)、干扰素(IFN-α)、粒细胞集落刺激因子(G-GSF)、促红细胞生成素(E鄄PO)、生长激素(GH)等生物技术药物，这几种生物制品在上世纪90年代都获准上市，稍落后于美国，几乎与欧洲同步。
同时，胡显文认为，我国在原核制药方面的研发和生产水平均不低。我国在用大肠杆菌等原核表达系统生产生物技术药物方面有着比较完善的研究、开发和生产技术，从基因重组技术到大规模发酵技术，再到规模化蛋白质制备技术，以及生物制品质量控制和药物评价等方面，与欧美发达国家相比，并不存在太大的差距。事实上，美国等国家用大肠杆菌表达系统生产的主要生物技术药物，如IL-2、IFN-α、G-GSF、GH、重组胰岛素等，在我国也都已经大规模生产并用于临床治疗。而有些用大肠杆菌表达的产品，如基因重组人表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、肿瘤坏死因子(TNF-α)、重组链激酶(rSK)、重组血管内皮抑素等，都是在美国仍未上市而在我国已批准上市的产品。
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此外，我国在某些领域还有所突破。比如在基因治疗、细菌性基因重组疫苗等研发领域已经走在前列，2004年我国批准全球第一个基因治疗药物重组人P53腺病毒注射液；2005年，我国批准第二种基因治疗产品H101用于头颈部肿瘤治疗。而我国自主研发的基因工程痢疾疫苗和霍乱疫苗，也是全球同种产品中首批获准上市的生物技术药物。截至2006年4月，国家食品药品监督管理局(SFDA)共批准35种重组蛋白、治疗性抗体或基因治疗产品上市。
中国药学会生化与生物技术药物专业委员会主任委员、华东理工大学生物工程学院袁勤生教授也表示，2005年，我国批准4个具有自主知识产权的生物技术药物：重组人脑利钠素、碘131美妥昔单抗注射液、重组人血管内皮抑制剂和重组人五型腺病毒注射液。这表明我国的生物药物研究已开始从仿制转入创新的阶段。截至2006年11月10日，2006年申报的101种生物制品中，有92种生物制品属于国产品申报。
3：差距尚存
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虽然我国在生物技术药物研发生产方面已取得一定成绩，但自主创新能力仍然不够，有待进一步提升。
胡显文分析说，从生物制药的技术角度看，自主创新主要包括：产品的自主创新；研究、开发和生产技术的自主创新。
产品的自主创新应该是指从发现新基因、确定新基因编码蛋白的功能，到研发以该蛋白为主要成分的蛋白药物或以该蛋白为靶标的药物都是由一个国家或单位完成的。从这个意义上讲，我国至今还没有一个真正自主创新的生物技术药物。但是，生物制药与化学制药完全不同，许多产品的专利往往是开发过程的技术和工艺形成的专利，从发现新基因到开发成产品，一般都需要15~20年，而这时大多数基因的专利都已到期，至少在目前FDA批准上市的重组蛋白类生物技术药物中，除新一代突变体产品，如胰岛素突变体、EPO突变体外，几乎所有药物的基因序列和蛋白质序列都已过专利保护期。因此，我国具有生物制药的后发优势。胡显文感叹到，既然国外已经确定那么多疗效确切的生物技术药物和药物靶标，我国本可以少走弯路、少花很多人力和物力来研制和生产这些产品，但遗憾的是，我们并没充分发挥这种后发优势。如2005年全球销量最高的50种生物技术药物中80%的药物我国尚未研发成功。
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在研究、开发和生产技术的自主创新方面，我国也有不足。胡显文表示，生物技术药物研发技术和方法的创新往往是革命性和公开的，以发表高水平的文章和获得诺贝尔奖为衡量其水平的标准，但这些技术和方法是人类共享的，如基因工程、抗体工程等的相关技术，我国科技工作者都能较好地掌握和应用。但是，生产技术的创新往往是排他和秘密的，以公司获得最大经济利益和社会效益作为衡量其价值的标准，真正的核心技术是支撑一个公司乃至一个产业的柱石，无法在公开发表的论文和专利中了解其全貌的。我们现在的一个误区是，谈到生物制药的创新，总是首先想到新基因、新靶标、新功能或新药物的发现，而极少想到产业化核心技术的创新。我国的生物制药产业落后的根本原因，就是没有抢占生物制药产业化关键核心技术的制高点。
第四军医大学细胞工程中心陈志南教授和深圳赛百诺基因技术有限公司董事长彭朝晖博士此前接受记者采访时也都曾强调，我国的生物制药在上游技术方面积累较多，紧跟欧美，与世界先进水平差距不大，但下游技术与世界先进水平相差较远，还没有真正形成产业化规模。这些差距主要表现为：投入不足，资源积累不够，技术平台欠缺，原始创新性不足，成果转化率较低等。目前我国亟待引进、消化、吸收国外先进的经验，发展有自主知识产权的创新生物技术药物，在关键的工程细胞载体、基因工程技术、靶点等方面有所突破。
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4：寻求突破
随着真核表达系统研究的日臻成熟，以及大规模动物细胞培养技术的进步，许多分子量大、二硫键多、结构复杂的糖蛋白相继得到开发，哺乳动物细胞表达系统已成为目前生物制药领域最普遍的表达系统。而我国在生物制药领域远远落后于欧美发达国家的一个重要原因，就是在哺乳动物细胞表达重组蛋白及哺乳动物细胞大规模培养生产蛋白药物方面与国外差距巨大，而这些关键核心技术的瓶颈有待我们解除。
胡显文表示，生物制药的发展初期都是表达一些分子量较小、结构简单的蛋白质，采用大肠杆菌(原核细胞)表达系统既简便又经济。但是，生物制药的发展趋势是从以细胞因子等激动剂为主的产品，转变为以拮抗作用为主的新生物技术药物，越来越多的分子量大、结构复杂的功能性蛋白得到开发。由于这些蛋白结构复杂，二硫键多，并且翻译后的修饰如糖基化对蛋白活性的影响很大，采用原核表达系统往往不能满足蛋白表达的需要。而采用哺乳动物细胞表达既能保证重组蛋白质二硫键的正确配对和蛋白质折叠，又能保证蛋白质的糖基化，从而使由哺乳动物细胞表达的重组蛋白与天然蛋白在结构和功能上保持很高的一致性。美国2006年418种在研药物中，70%是由以中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)为主的哺乳动物细胞表达的；在FDA已批准上市的生物技术药物中，哺乳动物细胞表达的产品占70%以上；2006年全球生物技术药物约70%的销售额(超过450亿美元)也是由哺乳动物细胞表达的产品带来的。
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但是，也正是动物细胞的大规模培养技术具有复杂性，导致目前我国批准上市的哺乳动物细胞尤其是CHO细胞表达的产品很少，只有EPO、CHO表达的乙肝疫苗，P53重组腺病毒注射液等为哺乳类细胞生产的产品。细胞大规模培养技术作为生物制药中最为关键的技术，已成为我国生物技术药物产业化最难逾越的“鸿沟”。胡显文说，以我国近20年的抗体药物研发为例，在抗体产品类型方面重点资助抗体片段和鼠源抗体的研发，在抗体表达系统方面重点资助大肠杆菌、酵母或转基因动植物表达系统的研究，致使我国的抗体药物研发偏离了世界的主流。
欧美国家治疗性抗体生产的上游生物技术先进，基因工程细胞的表达水平普遍在50~100皮克/细胞/天，表达水平小于20皮克/细胞/天的细胞系一般认为无产业化价值；而我国哺乳动物细胞表达重组蛋白的水平能达到10皮克/细胞/天就已是很高的水平。他们的下游细胞培养技术也过硬，利用高表达细胞株，采用批式流加培养工艺，在大规模反应器中培养12天左右，上清中目的蛋白的含量可达到0.5~1克/升的水平，有的甚至大于3克/升。此外，其生产规模巨大，抗体生产的反应器规模一般大于10000升，有的已达到20000升，并且是8~12个反应器同时生产；而我国只有中信国健和百泰生物进口的动物细胞培养反应器最大的规模达到750升，其他单位反应器规模更小(300升规模)，这种规模只相当于国外的二级细胞种子罐，并且我国90%以上的动物细胞反应器都处于闲置状态，并没有得到很好的使用。
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胡显文认为，在生物技术药物，尤其是抗体生产的核心技术上，我们应立足自主创新，研制适合我国国情的动物细胞大规模高效培养技术。
袁勤生和胡显文都表示，在生物技术药物研发品种的选择上，应重点扶持和资助研制严重危害我国人民健康、临床急需的重大疾病治疗药物，如治疗常见和高发的恶性肿瘤、自身免疫病、糖尿病、感染性疾病、神经系统疾病和心脑血管疾病等重大难治性疾病的生物技术药物。充分利用我国生物制药的后发优势，选择临床证明有效安全的药物或靶标和现实市场巨大的药物作为生物技术药物研究、开发和生产的原则，争取用较短的时间使我国走入生物制药领域国际先进行列。
其次，在生物技术药物研究与开发技术上，胡显文认为，应重点扶持通用成熟、国外生物制药企业普遍采用的研发技术，尤其应大力扶持用CHO等哺乳动物细胞高效表达重组蛋白的研究。中国工程院院士、中国医学科学院、北京协和医院教授甄永苏认为，在治疗性抗体药物的研究与开发方面，尤其要重点放在人源(化)抗体技术的研究上，包括研制基因重组的嵌合抗体、改形抗体、人源抗体和受(配)体-Fc融合蛋白的通用技术。在治疗肿瘤的抗体药物方面，要发展抗体与药物化学偶联物与融合蛋白。
此外，在生物技术药物尤其是抗体药物产业化关键技术上，除适度资助引进国外大规模、高投入的哺乳动物细胞培养技术外，应重点资助规模适度、投资较小、产能较大、成本较低的符合中国国情的产业化技术，使我国在保密性强、复杂程度高的哺乳动物细胞培养生产技术领域占有一席之地，在抗体工程关键技术的自主创新方面有所突破。
文/本报记者 白毅, http://www.100md.com
2：成绩显著
参与编写《中国生物产业发展报告2006》的军事医学科学院生物工程研究所副研究员胡显文博士在接受记者采访时强调，我国的生物制药起步并不晚。20世纪80年代中期就已经着手研制白介素-2(IL-2)、干扰素(IFN-α)、粒细胞集落刺激因子(G-GSF)、促红细胞生成素(E鄄PO)、生长激素(GH)等生物技术药物，这几种生物制品在上世纪90年代都获准上市，稍落后于美国，几乎与欧洲同步。
同时，胡显文认为，我国在原核制药方面的研发和生产水平均不低。我国在用大肠杆菌等原核表达系统生产生物技术药物方面有着比较完善的研究、开发和生产技术，从基因重组技术到大规模发酵技术，再到规模化蛋白质制备技术，以及生物制品质量控制和药物评价等方面，与欧美发达国家相比，并不存在太大的差距。事实上，美国等国家用大肠杆菌表达系统生产的主要生物技术药物，如IL-2、IFN-α、G-GSF、GH、重组胰岛素等，在我国也都已经大规模生产并用于临床治疗。而有些用大肠杆菌表达的产品，如基因重组人表皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、肿瘤坏死因子(TNF-α)、重组链激酶(rSK)、重组血管内皮抑素等，都是在美国仍未上市而在我国已批准上市的产品。
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此外，我国在某些领域还有所突破。比如在基因治疗、细菌性基因重组疫苗等研发领域已经走在前列，2004年我国批准全球第一个基因治疗药物重组人P53腺病毒注射液；2005年，我国批准第二种基因治疗产品H101用于头颈部肿瘤治疗。而我国自主研发的基因工程痢疾疫苗和霍乱疫苗，也是全球同种产品中首批获准上市的生物技术药物。截至2006年4月，国家食品药品监督管理局(SFDA)共批准35种重组蛋白、治疗性抗体或基因治疗产品上市。
中国药学会生化与生物技术药物专业委员会主任委员、华东理工大学生物工程学院袁勤生教授也表示，2005年，我国批准4个具有自主知识产权的生物技术药物：重组人脑利钠素、碘131美妥昔单抗注射液、重组人血管内皮抑制剂和重组人五型腺病毒注射液。这表明我国的生物药物研究已开始从仿制转入创新的阶段。截至2006年11月10日，2006年申报的101种生物制品中，有92种生物制品属于国产品申报。
3：差距尚存
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虽然我国在生物技术药物研发生产方面已取得一定成绩，但自主创新能力仍然不够，有待进一步提升。
胡显文分析说，从生物制药的技术角度看，自主创新主要包括：产品的自主创新；研究、开发和生产技术的自主创新。
产品的自主创新应该是指从发现新基因、确定新基因编码蛋白的功能，到研发以该蛋白为主要成分的蛋白药物或以该蛋白为靶标的药物都是由一个国家或单位完成的。从这个意义上讲，我国至今还没有一个真正自主创新的生物技术药物。但是，生物制药与化学制药完全不同，许多产品的专利往往是开发过程的技术和工艺形成的专利，从发现新基因到开发成产品，一般都需要15~20年，而这时大多数基因的专利都已到期，至少在目前FDA批准上市的重组蛋白类生物技术药物中，除新一代突变体产品，如胰岛素突变体、EPO突变体外，几乎所有药物的基因序列和蛋白质序列都已过专利保护期。因此，我国具有生物制药的后发优势。胡显文感叹到，既然国外已经确定那么多疗效确切的生物技术药物和药物靶标，我国本可以少走弯路、少花很多人力和物力来研制和生产这些产品，但遗憾的是，我们并没充分发挥这种后发优势。如2005年全球销量最高的50种生物技术药物中80%的药物我国尚未研发成功。
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在研究、开发和生产技术的自主创新方面，我国也有不足。胡显文表示，生物技术药物研发技术和方法的创新往往是革命性和公开的，以发表高水平的文章和获得诺贝尔奖为衡量其水平的标准，但这些技术和方法是人类共享的，如基因工程、抗体工程等的相关技术，我国科技工作者都能较好地掌握和应用。但是，生产技术的创新往往是排他和秘密的，以公司获得最大经济利益和社会效益作为衡量其价值的标准，真正的核心技术是支撑一个公司乃至一个产业的柱石，无法在公开发表的论文和专利中了解其全貌的。我们现在的一个误区是，谈到生物制药的创新，总是首先想到新基因、新靶标、新功能或新药物的发现，而极少想到产业化核心技术的创新。我国的生物制药产业落后的根本原因，就是没有抢占生物制药产业化关键核心技术的制高点。
第四军医大学细胞工程中心陈志南教授和深圳赛百诺基因技术有限公司董事长彭朝晖博士此前接受记者采访时也都曾强调，我国的生物制药在上游技术方面积累较多，紧跟欧美，与世界先进水平差距不大，但下游技术与世界先进水平相差较远，还没有真正形成产业化规模。这些差距主要表现为：投入不足，资源积累不够，技术平台欠缺，原始创新性不足，成果转化率较低等。目前我国亟待引进、消化、吸收国外先进的经验，发展有自主知识产权的创新生物技术药物，在关键的工程细胞载体、基因工程技术、靶点等方面有所突破。
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4：寻求突破
随着真核表达系统研究的日臻成熟，以及大规模动物细胞培养技术的进步，许多分子量大、二硫键多、结构复杂的糖蛋白相继得到开发，哺乳动物细胞表达系统已成为目前生物制药领域最普遍的表达系统。而我国在生物制药领域远远落后于欧美发达国家的一个重要原因，就是在哺乳动物细胞表达重组蛋白及哺乳动物细胞大规模培养生产蛋白药物方面与国外差距巨大，而这些关键核心技术的瓶颈有待我们解除。
胡显文表示，生物制药的发展初期都是表达一些分子量较小、结构简单的蛋白质，采用大肠杆菌(原核细胞)表达系统既简便又经济。但是，生物制药的发展趋势是从以细胞因子等激动剂为主的产品，转变为以拮抗作用为主的新生物技术药物，越来越多的分子量大、结构复杂的功能性蛋白得到开发。由于这些蛋白结构复杂，二硫键多，并且翻译后的修饰如糖基化对蛋白活性的影响很大，采用原核表达系统往往不能满足蛋白表达的需要。而采用哺乳动物细胞表达既能保证重组蛋白质二硫键的正确配对和蛋白质折叠，又能保证蛋白质的糖基化，从而使由哺乳动物细胞表达的重组蛋白与天然蛋白在结构和功能上保持很高的一致性。美国2006年418种在研药物中，70%是由以中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)为主的哺乳动物细胞表达的；在FDA已批准上市的生物技术药物中，哺乳动物细胞表达的产品占70%以上；2006年全球生物技术药物约70%的销售额(超过450亿美元)也是由哺乳动物细胞表达的产品带来的。
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但是，也正是动物细胞的大规模培养技术具有复杂性，导致目前我国批准上市的哺乳动物细胞尤其是CHO细胞表达的产品很少，只有EPO、CHO表达的乙肝疫苗，P53重组腺病毒注射液等为哺乳类细胞生产的产品。细胞大规模培养技术作为生物制药中最为关键的技术，已成为我国生物技术药物产业化最难逾越的“鸿沟”。胡显文说，以我国近20年的抗体药物研发为例，在抗体产品类型方面重点资助抗体片段和鼠源抗体的研发，在抗体表达系统方面重点资助大肠杆菌、酵母或转基因动植物表达系统的研究，致使我国的抗体药物研发偏离了世界的主流。
欧美国家治疗性抗体生产的上游生物技术先进，基因工程细胞的表达水平普遍在50~100皮克/细胞/天，表达水平小于20皮克/细胞/天的细胞系一般认为无产业化价值；而我国哺乳动物细胞表达重组蛋白的水平能达到10皮克/细胞/天就已是很高的水平。他们的下游细胞培养技术也过硬，利用高表达细胞株，采用批式流加培养工艺，在大规模反应器中培养12天左右，上清中目的蛋白的含量可达到0.5~1克/升的水平，有的甚至大于3克/升。此外，其生产规模巨大，抗体生产的反应器规模一般大于10000升，有的已达到20000升，并且是8~12个反应器同时生产；而我国只有中信国健和百泰生物进口的动物细胞培养反应器最大的规模达到750升，其他单位反应器规模更小(300升规模)，这种规模只相当于国外的二级细胞种子罐，并且我国90%以上的动物细胞反应器都处于闲置状态，并没有得到很好的使用。
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胡显文认为，在生物技术药物，尤其是抗体生产的核心技术上，我们应立足自主创新，研制适合我国国情的动物细胞大规模高效培养技术。
袁勤生和胡显文都表示，在生物技术药物研发品种的选择上，应重点扶持和资助研制严重危害我国人民健康、临床急需的重大疾病治疗药物，如治疗常见和高发的恶性肿瘤、自身免疫病、糖尿病、感染性疾病、神经系统疾病和心脑血管疾病等重大难治性疾病的生物技术药物。充分利用我国生物制药的后发优势，选择临床证明有效安全的药物或靶标和现实市场巨大的药物作为生物技术药物研究、开发和生产的原则，争取用较短的时间使我国走入生物制药领域国际先进行列。
其次，在生物技术药物研究与开发技术上，胡显文认为，应重点扶持通用成熟、国外生物制药企业普遍采用的研发技术，尤其应大力扶持用CHO等哺乳动物细胞高效表达重组蛋白的研究。中国工程院院士、中国医学科学院、北京协和医院教授甄永苏认为，在治疗性抗体药物的研究与开发方面，尤其要重点放在人源(化)抗体技术的研究上，包括研制基因重组的嵌合抗体、改形抗体、人源抗体和受(配)体-Fc融合蛋白的通用技术。在治疗肿瘤的抗体药物方面，要发展抗体与药物化学偶联物与融合蛋白。
此外，在生物技术药物尤其是抗体药物产业化关键技术上，除适度资助引进国外大规模、高投入的哺乳动物细胞培养技术外，应重点资助规模适度、投资较小、产能较大、成本较低的符合中国国情的产业化技术，使我国在保密性强、复杂程度高的哺乳动物细胞培养生产技术领域占有一席之地，在抗体工程关键技术的自主创新方面有所突破。
文/本报记者 白毅, http://www.100md.com