1、第二章 生物药物概论,第二章 生物药物概论,第一节 生物药物的来源、特性、分类与制备第二节 人体来源的药物第三节 动物来源的药物第四节 植物来源的药物第五节 海洋生物药物,第一节 生物药物的来源、特性、分类与制备,蛋白质、酶、核酸、激素、抗体、细胞因子等与代谢相关的物质都可能成为药物。一、 来源生物药物的定义：是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。,生物药物原料以天然的生物材料为主，包括人体、动物、植物、微生物和各种海洋生物等。随着生物技术的
2、发展，有目的人工制得的生物原料成为当前生物制药原料的重要来源，如用免疫法制得的动物原料、用基因工程技术制得的微生物或其他细胞原料等。,二、生物药物的特性,1、药理学特性（1）治疗的针对性强 治疗的生理、生化机制合理，疗效可靠。如细胞色素c为呼吸链的一个重要成员，用它治疗因组织缺氧所引起的一系列疾病，效果显著。（2）药理活性高 生物药物是精制出来的高活性物质，因此具有高效的药理活性（3）毒副作用小，营养价值高（4）生物副作用常有发生 (5)用量少，价值高,2、在生产、制备中的特殊性（1）原料中的有效物质含量低：杂质种类、含量高，提取、纯化工艺复杂。（2）稳定性差：活性部位与空间构象的理化影响因素
3、（3）易腐败：由于生物药物原料都是营养价值高的物质，因此对活性及无菌操作等要求严格,二、生物药物的特性,（4）注射用药有特殊要求：生物药物由于易被胃肠道中的酶所分解，所以给药途径主要是注射用药，因此对药品制剂的均一性、安全性、稳定性、有效性等都有严格要求。同时对其理化性质、检验方法、剂型、剂量、处方、贮存方式等亦有明确的要求。,二、生物药物的特性,3、检验上的特殊性由于生物药物具有特殊的生理功能，因此生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生物活性检验指标。,三、生物药物的分类,生物药物的分类方法有以下三种：1、按药物的化学本质和化学特性来分；2、按原料来源来分类；3、按生理功能和临床用途来分类,
4、1、按药物的化学本质和化学特性来分；,生物药物的有效成分多数是比较清楚的，因此有利于比较一类药物的结构和功能的关系、分离制备方法的特点和检测方法的统一等。主要有：（1）氨基酸及其衍生物类药物；（2）多肽和蛋白质类药物；（3）酶和辅酶类药物：酶类按其功能分为消化酶类、消炎酶类、心脑血管疾病治疗酶类、抗肿瘤酶类、氧化还原酶类等，一部分辅酶亦属于核酸类药物。（4）核酸及其降解物和衍生物类药物；,（5）糖类药物：以粘多糖为主；（6）脂类药物：主要有脂肪和脂肪酸类、磷脂类、胆酸类、固醇类、卟啉类等；（7）细胞生长因子类；（8）生物制品类：从微生物、原虫、动物或人体材料直接制备或用现代生物技术、化学方法制
5、成作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他疾病的制剂，统称为生物制品,2、按原料的来源分类,按原料来源分类，有利于对不同原料进行综合利用、开发研究。对于生物技术药物来说，不同原料来源的生物药物对生物技术的要求有所不同。分类如下：（1）人体组织来源的生物药物：主要有人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类；（2）动物组织来源的生物药物：动物的脏器、其他小动物制得的药物如蛇毒、蜂毒等。（3）植物组织来源的生物药物：中草药、有效成分；（4）微生物来源的药物：抗生素、酶、氨基酸、维生素等；（5）海洋生物来源的药物；,3、按生理功能和用途分类,生物药物广泛用作医疗用品，在医学、预防医学、保健医学等领域都发挥着
6、重要作用，大致分四类：（1）治疗药物：对疑难杂症如肿瘤、爱滋病、免疫性疾病、内分泌障碍等具有特殊的作用；（2）预防药物：对传染病的预防；（3）诊断药物：免疫诊断试剂、单克隆抗体诊断试剂、酶诊断试剂、放射性诊断药物和基因诊断药物等；某些生物活性物质亦是检测疾病的指标，如谷草转氨酶等；（4）其它生物医药用品：生物药物在其他方面应用也很广泛：如生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料等。,四、生物药物的制备,生物药物的提取与分离方法因为原材料、药物的种类和性质不同而有很大差异。这里作简要介绍：1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法；2、生物药物的提取；3、蛋白质类药物的分离纯化方法；4、核酸类药物
7、的分离纯化；5、糖类药物的分离纯化方法,6、脂类药物的分离纯化方法；7、氨基酸类药物的分离纯化方法,1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法,（1）原料选择 选择原则主要为：有效成分含量高、原料来源丰富，易得；原料中杂质含量少；原料成本低等；另外植物原料采收具有季节性、微生物原料要注意微生物生长的对数期、动物原料有的要注意动物的年龄与性别。（2）原料的预处理与保存：动物原料采集后要立即处理，去除结缔组织、脂肪组织等，并迅速冷冻贮存。植物原料确定后，要择时采集并就地去除不用的的部分，有用部分保鲜处理，收集微生物时要及时将菌细胞与培养液分开，进行保鲜处理。,原料的保存方法主要有：（1）冷冻法，该法
8、适用于所有生物原料。常用-40速冻。（2）有机溶剂脱水法。常用的有机溶剂是丙酮。该法适用于原料少而价值高、有机溶剂对活性物质没有破坏作用的原料，如脑垂体等。（3）防腐剂保鲜。常用乙醇、苯酚等。该法适用于液体原料，如发酵液、提取液等。,2、生物药物的提取,（1）生物组织和细胞的破碎 常用的破碎方法一是磨切法，使用的设备有组织捣碎机、胶体磨、匀浆器、匀质机、球磨机、乳钵等；二是压力法，有加压和减压两种；三是反复冻融法，该方法设备简便，活性保持好，用时较长；四是超声波振荡破碎法，该法破碎效果较好，对活性有损失；五是自溶法或酶解法，用得较少。,（2）提取 生物组织与细胞破碎后要立即进行提取。提取时，首
9、先要根据活性物质的性质，选择提取试剂。提取试剂主要有：水、缓冲溶液、盐溶液、乙醇、其他有机溶剂（如氯仿、丙酮等）。其次是考虑提取溶剂的用量及提取次数、提取时间。三是注意提取的温度、pH、变性剂等因素。,3、蛋白质类药物的分离纯化方法,所说的蛋白质类药物包括蛋白质、多肽和酶类等药物。分离纯化方法主要有：（1）沉淀法 蛋白质、酶的初步纯化往往用沉淀法。其原理是使蛋白质胶体颗粒破碎，从而沉淀蛋白质。常用的有盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、与靶物质结合沉淀法（如抗原抗体）等。（2）按分子大小分离的方法 有超滤法和透析法（即膜分离法）、凝胶层析法、超速离心法等。其中膜分离法可用于生物大分子的浓缩、
10、分级和脱盐。,3、蛋白质类药物的分离纯化方法,（3）按分子所带电荷进行分离的方法 氨基酸、多肽、蛋白质、酶均为两性电解质。根据它们的等电点不同，调节pH值进行交换、电泳、等电聚焦法等。（4）亲和层析法 大部分生物活性物质都有其作用的靶物质，如酶与底物（或抑制剂）、抗原与抗体、激素与受体等。,4、核酸类药物的分离纯化方法,核酸类药物生产方法主要有提取法和发酵法。提取法生产DNA和RNA的主要技术是，先提取核酸和蛋白质复合物，再解离核酸与蛋白质，然后分离RNA与DNA。发酵法主要用于生产单核苷酸。,5、糖类药物的分离纯化方法,（1）提取方法非降解法适用于从含一种粘多糖的动物组织中提取粘多糖，提取采
11、用的溶剂是水或盐溶液。降解法适用于从组织中提取结合比较牢固的粘多糖。如从软骨中分离提取硫酸软骨素，就是用碱处理进行降解。又如用酶处理法可提取与蛋白质结合的多糖,（2）分离方法常用的分离方法是沉淀法和离子交换层析法。乙醇沉淀法是从提取液中沉淀多糖最简易方法，也适用于分级分离。45倍体积的乙醇可以使任何结缔组织中的粘多糖完全沉淀。用季铵化合物也可沉淀粘多糖。粘多糖的聚阴离子能与某些阳离子表面活性剂结合成不溶于水的盐，如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)等离子交换层析法。粘多糖的聚阴离子能够很快地被阴离子交换剂吸附和分离，如Dowex I-X2离子交换树脂、DEAE-离子交换纤维素等。洗脱可用NaCl
12、溶液进行梯度洗脱。,6、脂类药物的分离纯化方法,（1）提取方法： 脂类自然状态下是以结合形式存在的。非极性脂是与其他脂质分子或蛋白分子的疏水区相结合的。提取脂质药物就是要选择适当的溶剂来破坏这种结合键，将脂质溶解出来。常用的溶剂有组合溶剂，醇是其中的主要成分，此外还有氯仿、甲醇、水等。,（2）纯化方法沉淀法：由于不同脂质在丙酮中溶解度不同，故常用它进行沉淀；吸附层析法：常用吸附剂有硅胶、氧化铝等。它是通过极性和离子力等把各种化合物结合到固体吸附剂上。洗脱一般用极性逐渐增大的洗脱液来进行，非极性的先流出；离子交换层析法：脂质分子的存在有非解离、两性离子和酸式解离三种状态，根据它们在一定pH条件下
13、解离情况，选择适当的离子交换剂可将它们提纯，如TEAE-纤维素(三乙氨基乙基纤维素 ) 对分离脂肪酸和胆汁酸等特别有效。,7、氨基酸类药物的分离纯化方法,(1) 氨基酸的生产方法蛋白质水解法：酸水解、碱水解和酶水解三种。用盐酸水解为常用方法，其优点是水解迅速完全，产物全部是L-型氨基酸，缺点是色氨酸全部被破坏，丝氨酸等部分被破坏；碱水解较容易产生消旋作用，较少应用。酶水解法水解不够完全。发酵法：发酵法主要是选育特异产生某种氨基酸的菌株，经过发酵后，从培养液中提纯氨基酸。,化学合成与酶促合成法：化学合成法一般得到的是DL-型氨基酸，尚需要对异构体拆分；酶促合成法也是酶工程在医药工业上应用的一个内
14、容，优点是技术工艺简单，转化率高，副产物少，容易提纯等。,（2）氨基酸的分离方法,常用的氨基酸分离提纯方法有沉淀法、吸附法和离子交换法。沉淀法；根据形成沉淀的原理不同分为两种：一种是依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异进行分离。另一是用特殊试剂沉淀某种氨基酸，如用邻二甲苯-4-磺酸与亮氨酸形成不溶性盐沉淀，再用氨水分解，使亮氨酸游离出来。吸附法；这是利用吸附剂根据氨基酸吸附力的差异进行氨基酸分离的方法。苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的分离就是利用活性碳对其吸附的原理,离子交换法：氨基酸是两性电解质，在一定pH条件下，不同氨基酸带电性质及解离状态是不同的，因此在离子交换剂上被吸附的强度不同。常
15、用的离子交换剂为强酸型阳离子交换树脂，洗脱主要用pH梯度洗脱。,第二节 人体来源的药物,一、人体来源药物的特点与研究意义二、人体来源药物的种类与用途三、人体来源药物的制备实例四、人体药物的研究前景,一、人体来源药物的特点与研究意义,1、人体来源的生物药物特点（1）安全性好：需要保证来源于健康人（2）效价高，疗效可靠；因为纯度高（3）稳定性好：可以加工成冻干试剂，10以下可保存2年以上，利于运输、贮存和使用2、研究意义（1）资源的有限性：人体来源是有限的（2）意义：从药学角度研究清楚人体来源的结构和功能，对于使用现代生物技术生产药物具有重大意义，如胰岛素的生产。,二、人体来源药物的种类与用途,1
16、、人血液制品：全血制品、血液成分制品、血浆成分制品和体液细胞内成分制品等。血液成分制品包括红细胞、白细胞、血小板和血浆。这类成分主要通过离心、过滤技术获得。(1) 红细胞制剂：凡在需要提高血液携氧能力和补充血红蛋白，而又不需要补充维持血容量的场合，均可输用“压积红细胞”等红细胞制剂。压积红细胞、少含白细胞的压积红细胞、冰冻贮藏红细胞。,（2）白细胞浓缩液：输注白细胞疗法，一般在肿瘤病人经细胞药物治疗后，处于骨髓细胞抑制期间遭受感染且各种抗菌素治疗无效情况下采用，疗效显著。白细胞（粒细胞）成分需用单采粒细胞技术自供血者血循环中采集。用过滤法或离心法得到的细胞存活率均较低。改进的连续离心法可将粒细
17、胞得率提高一倍。注意输注HLA组织抗原相溶的白细胞，离体白细胞的保存问题，白细胞是IFN的重要原料（一般是将抗凝后的全血离心，然后取出白细胞层）。,（3）血小板制剂：血小板的分离和使用在国外已经比较普遍，中国尚未推广使用。血小板制剂的适应病症为白血病、淋巴瘤及其他肿瘤因治疗而导致的骨髓抑制症状。需要注意的是人体输注血小板往往会产生抗体，还会引起短期的粒细胞减少。采用单人的血小板，最好应用HLA相容的单人血小板输注，可延缓、减少这种破坏作用。,（4）新鲜冰冻血浆（FFP）：新鲜冰冻血浆可有效地保存血浆中各种生物活性成分的功能。FFP产品规定自采血到血浆冰冻的时间不超过8小时，在-30以下保存。F
18、FP可在许多临床疾病中使用，包括先天性或获得性凝血因子缺乏症、免疫球蛋白缺乏症等。,2、血浆的综合利用,血浆情况表2-1,项目,含量（%）,血浆占人体体重的量,血浆占全血的量,血浆中水分占血浆的量,血浆中蛋白质占血浆的量,白蛋白+IgG占血浆总蛋白的量,其它百余种微量蛋白成分占血浆总蛋白的量,IgA+IgM+Fg+Tr+1AT+Hpx+ 1AG占血浆总蛋白的量,8,50,92,65,67,25,10,由表2-1可见，血浆蛋白成分中主要是Alb和IgG，含量中等（指含量在1001000mg/dl）的成分有IgA、IgM、纤维蛋白原（Fg）、补体C3、转铁蛋白（Tr）、巨球蛋白（2M）、触珠蛋白（
19、Hp）、 1抗胰蛋白酶（ 1AT），血色素结合蛋白（HpX）和1-AGP等十种。此外还有百余种小量和微量的蛋白质和多肽成分。下面分别论述具有不同生理功能的几个主要成分。,（1）转输蛋白类；这是一类对能在血液循环中对机体的营养物质、代谢产物、激素、药物等进行转输的血浆蛋白。白蛋白、前白蛋白、类脂蛋白、触珠蛋白、血红蛋白、转铁蛋白、铜蓝蛋白、转钴胺蛋白、GC蛋白。（2）免疫球蛋白（3）凝血系统蛋白：包括与凝血有关的蛋白质、酶或因子等；第二类是与溶纤有关的酶，如纤溶酶原，被尿激酶活化后成为具有酶活性的纤溶酶，具有溶栓作用。蛋白C为新近发现的抗凝系统中的一种主要蛋白。它可被凝血酶激活，活化后的蛋白C能
20、作用于活化的因子V和VIII，起到抗凝作用，该类蛋白大部分为微量或超微量。,（4）补体系统蛋白：补体系统是机体主要防御体系之一，在许多生物学反应中，如吞噬、调理、趋化和细胞溶解等，均起重要作用。另一方面补体在自身免疫性疾病及循环免疫复合物性疾病中，起着损伤机体的作用。（5）蛋白酶抑制物类：主要有1-抗胰蛋白酶、 1抗糜蛋白酶（ 1X）、 间胰酶抑制物、抗凝血酶III等。,3、人体液细胞中的活性物质,人体液细胞包括红细胞、白细胞、淋巴细胞、血小板、成纤维细胞等，细胞内的生物活性物质具有极重要的生理功能。用人体液细胞生产的活性物质主要有干扰素、白细胞介素-2、超氧化物歧化酶等少数几个品种。对于体液
21、细胞中生长因子等的研究的主要意义在于搞清楚结构和功能，以便用于生物技术进行生产。体液细胞的直接使用是其主要用途。,4、人类来源的其它原料的利用,（1）人胎盘的应用：可得到人胎盘丙种球蛋白、人胎盘白蛋白、人胎盘RNA酶抑制剂等，也可从胎盘中提取绒膜促性激素（HCG）和绒膜促乳激素（HCS）等。（2）人尿的综合利用：从健康男性尿液中可以制备尿激酶、激肽释放酶、尿抑胃素、蛋白酶抑制剂、睡眠因子、集落刺激因子（CSF）和表皮生长因子（EGF）等。从妊娠妇女与绝经期妇女的尿中，可制备HCG等。,5、细胞因子,（1）特点和生理作用：细胞因子系在体内或体外对效应细胞的生长、增殖和分化起调控作用的一类物质。许
22、多生长因子在靶细胞上有特异性受体，这类因子包括细胞生长因子和细胞生长抑制因子。在临床上，细胞因子可促进受损组织的恢复，但对正常组织无作用。（2）主要种类：已经发现的细胞因子在100种以上，大部分是从动物原料中制得。,6、人体激素,激素主要有蛋白激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素和脂类激素。激素分子很少是大分子蛋白质，因此很少有免疫反应。如今激素的生产是以动物原料提取为主，近年来，用半合成法和基因工程法来生产激素发展很快，用这些方法生产人胰岛素已取得成功。,三 、人体来源药物的制备实例,1、人血浆白蛋白制备工艺要点：络合（利凡诺（雷佛奴尔;利凡诺;乳酸依沙吖啶沉淀）：血浆在搅拌下用NaHCO3调节
23、pH至8.6，加入等体积的2%利凡诺溶液，充分搅拌后静置24h，分离上清与络合物沉淀。解离：在沉淀中加灭菌蒸馏水。用0.5mol/LHCl调节pH至弱酸性，加NaCl至0.15%0.2%，搅拌下解离。加热去杂蛋白：充分解离后，65恒温1h，离心分离出上清液。热处理（60 ，10h）：灭活病毒检验方法：冻干品为白色疏松物体。白蛋白含量占95 %以上，水分1%，水溶后pH为6.67.2，硫酸铵残留量15000IU/mg蛋白质,四、人体来源药物的研究前景,1、可进一步开发新产品：血液、胎盘等2、用现代生物技术生产人类活性物质,第三节 动物来源的药物,一、动物来源药物的特点二、动物来源药物的种类与用途
24、三、动物来源药物的制备实例四、前景,一、动物来源药物的特点,具有生物药物的共同特点，来源丰富种属间差异的考虑,二、动物来源药物的种类与用途,1、动物多肽与蛋白质类药物多肽类主要有：多肽激素如垂体激素（促肾上腺皮质激素ACTH、促黑激素MSH、催产素OT、加压素AVP等）、下丘脑激素、甲状腺激素、胰岛素、胃肠道激素胸腺激素等；多肽类细胞因子蛋白类药物有：蛋白质激素、血浆蛋白质、蛋白质类细胞因子、粘蛋白、胶原蛋白以及其他如硫酸鱼精蛋白、胰蛋白酶抑制剂等。,二、动物来源药物的种类与用途,2、动物酶与辅酶类药物有促消化酶类、消炎酶类、治疗心脑血管疾病的相关酶（纤溶酶、尿激酶、蚓激酶、链激酶、凝血酶等）
25、、抗肿瘤的酶（L-门冬酰胺酶等）、与氧化还原电子传递有关的治疗酶（细胞色素C、超氧化物歧化酶等）除辅酶Q10、辅酶A外，大部分辅酶由发酵法得到。,二、动物来源药物的种类与用途,3、动物核酸类药物（1） 组成与作用核酸由核苷酸组成，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸三部分组成。戊糖与碱基组成的单元叫核苷。核酸类药物主要有：核酸、核苷酸、核苷、碱基及其衍生物。在癌症、肝炎、抗放射性、心脏病方面有重要作用。（2）种类与用途,二、动物来源药物的种类与用途,4、动物糖类药物以粘多糖类为主，广义的粘多糖包括粘多糖、粘蛋白、糖蛋白、糖脂等。粘多糖有中性和酸性粘多糖，主要分布于在动物的骨、软骨、皮、角、血管、肠、滑膜液
26、、脑、角膜、肺、肝、心、尿等原料中。几种重要的粘多糖：甲壳质、硫酸软骨素、肝素及透明质酸。动物粘多糖主要分离步骤大致是：原料处理、提取（降解和非降解法），去除粘多糖，脱色、脱蛋白等，纯化，用乙醇沉淀，季铵盐络合沉淀，离子交换、分子筛、亲和层析等。,二、动物来源药物的种类与用途,5、动物脂类药物（1）种类及分布主要包括脂肪酸及其衍生物、磷脂类、胆酸类、卟啉及其衍生物等。（2）制备方法提取法、水解法、生物转化法化学合成或半合成法,二、动物来源药物的种类与用途,6、动物细胞因子,三、动物来源药物的制备实例,1、胰岛素的制备2、超氧化物歧化酶（SOD）的制备3、用肝脏生产RNA4、提取法制备腺苷三磷酸
27、（ATP）5、肝素钠的制备6、前列腺素E2（PGE2）的制备7、表皮细胞生长因子（EGF）的制备,四、动物来源药物的研究前景,1、动物资源中活性成分的深入研究与扩大开发2、现代生物技术在动物研究中的应用：抗体工程、基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等3、动物药物的分子改造、化学合成与新药设计,第四节 植物来源的药物,一、植物来源药物的特点二、植物来源药物的种类与用途三、植物来源药物的制备实例四、前景,一、植物来源药物的特点,种类多结构复杂小分子大分子,二、植物来源药物的种类与用途,1、植物中的天然有机化合物：糖和糖苷类、苯丙素类、醌类、黄酮类、鞣质、萜类、甾体、生物碱2、植物蛋白类、多肽、酶
28、类生理活性物质的种类和作用：由于免疫方面的原因，这类药物多用于口服和外用。3、植物糖类药物：单糖类、聚糖类、糖的衍生物。4、植物脂类药物：脂肪和脂肪酸类、磷脂类、固醇类。,三、植物来源药物的制备实例,1、植物超氧化物歧化酶（SOD）的制备2、肌糖或肌醇的制备3、植物不饱和脂肪酸的制备,四、植物药物来源药物的研究前景,1、植物细胞培养研究2、植物组织培养3、天然药用植物中有效成分的分离、纯化，结构和功能的确定。,第五节 海洋生物药物,一、海洋生物药物的研究进展二、海洋生物及海洋生物药物的种类和用途：海藻、腔肠动物、节肢动物、软体动物、棘皮动物、鱼类、爬行动物三、海洋生物药物的制备实例：黄海葵强心肽A制备、甲壳质的制备四、海洋生物药物的研究进展：对当前比较常见疾病的预防和治疗，开发新的海洋医用生物材料。五、生物技术在海洋药物研究与发展中的重要作用。,五、生物技术在海洋药物研究与发展中的重要作用。,1、细胞工程、基因工程、酶工程2、开发海洋生物基因工程药物3、开发海洋生物细胞工程药物4、加强海洋微生物药物的开发5、住研究内容：用基因工程技术研究抗肿瘤药物。,
