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8-31 《环球科学》:转基因山羊活动的制药厂(附图)

日期:2006-08-31  访问次数:3785


在生物技术产业链中,蛋白质无疑是重要的一环,众多价格不菲的生物药物都以蛋白质为主要原料。现代生物技术产业已走过了30余年的发展历程,在这期间,稳定的蛋白质供给来源一直是生物技术人员极力追求的目标。为此,他们绞尽脑汁,从仓鼠卵巢等生物组织分离细胞株,然后从中最大限度地提取蛋白质,这就是他们曾经用过的方法。上世纪90年代末,随着新一类蛋白质药物——单克隆抗体的出现,蛋白质原料便时常出现供不应求的局面。几十年过去了,科学家们成绩斐然:创造了重组促红细胞生成素,可以促使红细胞更新;发明了单克隆抗体,能够痛击癌症。今天,面对生物技术产业期待的目光,科学家们再次踏上征程,去寻找新型的蛋白质生产方法。

转基因动物,这种新型生物反应器,也许就是生物技术产业梦寐以求的蛋白质来源。动物经过基因工程改造后,它们的乳腺会分泌大量的药用蛋白,转基因动物也就成了一座活动的制药工厂。2006年6月2日,这平常的一天却是先天性抗凝血酶缺失症病人重获新生的日子。在这一天,欧洲医药评审局 (The European Medicines Evaluation Agency,EMEA)正式批准商品名为ATryn的人类抗凝血酶上市销售。ATryn由GTC生物治疗公司(GTC Biotherapeutics)研发,提取自转基因山羊的乳汁,能抑制血液中凝血酶的活性,预防和治疗急慢性血栓,对抗凝血酶缺失症具有显著的疗效。ATryn的成功,也标志着GTC生物治疗公司长达15年的研发历程画上了圆满的句号。

上个世纪80年代中期,生产转基因药物的想法就已经萦绕在很多科学家的脑海中。但在20多年前,生产复杂的药用蛋白是一项艰巨的任务,要想成功,就得跨越道道难关:不仅要确保蛋白质拥有正常的构型,还要保证所有的糖配基呆在它们该在的位置。取自中国仓鼠的卵巢细胞挑起了重担,但是在生产蛋白质的过程中,科学家们频频受挫,这也造成了生物药物价格昂贵。而且,利用细胞培养的方法来生产蛋白质并不理想,有时,要用这种方法生产蛋白质简直难于登天。

在经历了一次又一次的失败之后,科学家们的目光停留在了哺乳动物的乳腺上。在他们看来,奶牛、兔子、山羊的乳腺是一座理想的蛋白质加工厂。动物的乳腺不仅能分泌大量的蛋白质,而且也避免了近乎苛刻的细胞培养条件。

1989年,基因酶公司(Genzyme)宣布收购综合遗传学公司(Integrated Genetics),开始涉足转基因药物领域。为了迅速成为这一领域的主导力量,基因酶公司采用了非常规手段:从生物基因公司(Biogen)挖来该技术领域的领军人物。哈里·米德(Harry Meade)和尼尔斯·朗伯格(Nils Lonberg)开创了一种从小鼠中提取药用蛋白的技术,并且申请了专利保护。

上世纪90年代初,基因酶公司开始计划利用山羊的乳汁生产药用蛋白。不过,该公司没有亲自参与研发转基因山羊,而是决定抽出资金成立一个由公司控股的子公司——基因酶-转基因公司(也就是前文提到的GTC生物治疗公司),然后再由这个子公司去开发转基因药物。GTC生物治疗公司拥有自主经营权,而不是基因酶公司的一个分支机构,因此它生产的药物可以出售给其他公司,而不必担心产生利益冲突。


山羊成为药物工厂

最初,GTC公司利用显微注射法来制造转基因山羊。公司的科研人员将一个药用蛋白基因,和另一个能激活该基因的DNA一起,注射到单细胞胚胎中的细胞核里。然后将接受了外源基因的单细胞胚胎转入“代理妈妈”——雌性山羊的子宫里,让它继续发育。等到小山羊出生以后,就可以检测山羊体内是否携带有药用蛋白基因。如果有,那么就说明这只小山羊是一只成功的转基因山羊。小山羊发育成熟后,它分泌的乳汁里就会含有药用蛋白。最后,对蛋白质进行分离纯化,就可以得到蛋白质药物。成熟的转基因山羊会与非转基因山羊配种,它们繁殖的后代同样带有药用蛋白基因。就这样周而复始,最后可以得到一个转基因羊群。然而,显微注射法的效率低下,每次都只有1%~5%的胚胎能成功转变为转基因动物。后来,在投资新一代药物时,GTC公司采用了体细胞核移植技术(又称为克隆),该技术能确保动物携带目的基因。其实,科学家制造克隆羊多莉的初衷,就是想创造出能造福于人类的转基因动物,而不是为了复制伟人或一只将死的宠物。

为什么GTC公司一直选用山羊作为生物反应器呢?原来,山羊的繁殖速度比奶牛快,而蛋白质产量又要比小鼠或兔子高。不过,也有公司开始尝试在其他动物身上做文章。最近,包括GTC公司在内,有不少公司都不约而同地选择了奶牛作为试验对象。荷兰Pharming生物技术公司就想制造转基因奶牛和转基因兔子,让它们生产药用蛋白。还有的公司则标新立异,制造转基因鸡,让鸡蛋变为名副其实的“药蛋”。转基因技术经过十余年的发展后,GTC公司准备出售技术,向那些想生产药用蛋白、技术却又不过关的公司,以及药物需求量大、却又想降低成本的公司提供技术支持。但是GTC公司出师不利:各国政府都没有批准转基因药物进入其药物市场;其次,12家与GTC公司有合作关系的公司并未把转基因技术列为首选,这些公司只是在主流药物研发策略不起作用的时候,才会想到转基因技术。在一种前沿技术获得广泛认可之前,必须要经历充满艰辛、充满曲折的流程,所以转基因技术背后的巨大风险让很多公司望而却步。

GTC公司认识到,要发扬转基因技术最终还得靠自己。上世纪90年代末,GTC公司满怀期待地启程了。有些做过旁路手术的病人已对肝素(heparin,一种抗凝血药物)产生了耐药性,于是他们把人类抗凝血酶用于治疗这类病人。转基因抗凝血酶有两大优点:一是可以改善血液供给;二是不会感染人类传染性疾病,而直接从人类血液里分离得到的抗凝血酶可能携带病原体,如各种病毒。GTC公司完成了必需的临床实验,但是在2000年底,当美国国家食品与药品监督管理局(FDA)要求他们提供更多的数据(必要的附加试验)时,GTC公司当时的首席执行官,桑德拉·努西诺夫·莱尔曼(Sandra Nusinoff Lehrman)选择了放弃,于是以前的所有努力均付诸东流。2001年年中,努西诺夫·莱尔曼离职,她的继任者杰弗里·考克斯(Geoffrey Cox)决定继续开发转基因抗凝血酶。试验地点选在了欧洲,试验对象为先天性抗凝血酶缺乏症病人。欧洲的药物管理人员已颁布了药物指南,其中规定了抗凝血酶的质量标准。

遭遇挫折后,很多公司与GTC公司断绝了合作关系,不过仍然有少数公司继续与GTC公司保持着合作关系。挫折没有摧毁GTC公司的雄心壮志,它的目标不只是ATryn,还有其他蛋白药物,比如α-1-抗胰蛋白酶。但是它的命运并没有掌握在自己手里,欧洲的审批情况关系着它的兴衰成败。在1993年上市之后,GTC公司发行的股票迅速进入“仙股”行列(市值低于1美元1股的股票),大把的流动资金也在10年里迅速耗尽。在2003年到2004年期间,GTC公司还经历了结构重组,一些职员不得不悲伤地离开了公司。在EMEA作出决定那一刻,考克斯说:“真是性命攸关啊,这永远都是勇敢者的游戏。”


生物反应器的未来

遇到拦路虎的,不是只有GTC公司。苏格兰的PPL治疗公司也曾风光一时,几年前还参与了克隆羊多莉的研发。2004年,PPL治疗公司深陷困境,无奈之下,只能把公司的知识产权转卖给了Pharming公司。在2001年申请了债权人保护之后,Pharming公司开始养精蓄锐,它把东山再起的希望寄托在治疗先天性血管性水肿(一种在C1抑制性蛋白缺失的情况下引起肿胀的遗传性疾病)的药物上,这种药物能否获准上市,直接决定了Pharming公司的命运。

如果GTC公司能跨过难关,那么毫无疑问,它将引领整个转基因行业。创立GTC公司的目标,是要用转基因动物生产药用蛋白,在今天看来,这个目标是合理的。考克斯说,如果利用仓鼠细胞来生产蛋白质药物,那么购买生产设备所需的资金大概在4亿~5亿美元,而用转基因山羊来生产同样的药物,所需成本只有0.5亿美元。作为美国市场调研机构SG Cowen的分析师,菲利普·纳多(Philip Nadeau)跟踪分析了GTC公司后,他说:“目前,传统的生产方法已经适应不了医药技术的发展,开发新型生产技术势在必行。因此,像GTC这样的高科技公司必然能在未来占据一席之地。” ATryn的用途广泛,既能用于冠状动脉旁路手术,又能治疗烧伤、败血病等。考克斯估计,ATryn每年将带来约7亿美元的收益。

如果蛋白质药物中混有有害杂质,那么很可能会引起病人的不良反应。到目前为止,ATryn还没有在病人体内引起任何不良的免疫应答,因此ATryn前途一片光明。但是,蛋白质药物的安全问题永远是个难以逾越的关卡。PPL公司利用转基因绵羊生产的α-1-抗胰蛋白酶,就出现了安全问题。在一次临床试验中,研究人员以呼吸道给药的方式,将转基因α-1-抗胰蛋白酶用于病人。结果却发现,在有些病人的肺部出现了异常症状。得知结果后,PPL公司立即终止了临床试验。导致异常情况的,很可能就是因为PPL公司的蛋白质纯化工艺不过关,在α-1-抗胰蛋白酶中还残留了有害的动物蛋白。在谈到这个问题时,GTC公司的技术总监米德(Meade)说:“PPL公司的药物,用药周期要比ATryn长,因此安全问题就更为重要。”

与转基因植物相比,舆论界对转基因山羊、转基因药物已经算“嘴”下留情了。山羊不会像玉米花粉一样随风飘散,它们体内的转基因也不会传播到不可预测的地方。“忧思科学家联盟”(the Union of Concerned Scientists)的成员,简·李斯勒(Jane Rissler)说:“如果转基因动物生产的药物,是其他方法无法生产的,而且转基因药物要比其他药物便宜,那么可以肯定的是,消费者会很乐意去接受它。坦白地说,迄今为止,农业生物技术并没有给消费者带来多少实惠。”

GTC公司先从新西兰引进了无羊瘙病的山羊品种,再在美国马萨诸塞州的查尔顿市找到了一块300亩的土地,然后把这些山羊圈养在190亩的区域内。为了减少动物间的交叉感染,山羊统一由人工饲养,绝不进行野外放牧。技术人员在300多只转基因山羊中,挑选出了30只体格健硕、奶质优良的山羊专门用于生产ATryn。另外1200只非转基因山羊则用于配种繁殖。考克斯说:“我们聘请了大量的专业兽医,专门呵护山羊。”现在,ATryn已经获准上市,GTC公司的山羊奶价值千金。面对事实,濒于破产的传统乳业农场主怎么也不敢相信自己的眼睛:为什么自己的牛奶、羊奶就不值钱呢?(译/张睿 校/褚波)



摘自:环球科学