生物制品学

张志国

目录

  • 1 第一章 绪论
    • 1.1 第一节 生物制品学概述
    • 1.2 第二节 生物制品学发展简史
  • 2 第二章 生物技术与生物制品学的国内外研究进展
    • 2.1 第一节 世界各国生物技术与生物制品发展的总特点
    • 2.2 第二节  国外生物技术产业的发展概况
    • 2.3 第三节  我国生物技术与生物制品发展概况
    • 2.4 第四节  我国生物技术与生物制品的主要成就
    • 2.5 第五节  我国生物技术与生物制品的发展展望
  • 3 第三章 生物制品的制备
    • 3.1 第一节  一般生物制品的制备方法
    • 3.2 第二节  各类生物制品的分离纯化方法
    • 3.3 第三节  基因工程制品的分离纯化方法
    • 3.4 第四节  生物制品的质量检测与控制
    • 3.5 第五节  生物制品的保存与运输
  • 4 第四章  人源生物制品
    • 4.1 第一节  人源生物制品的特点与种类
    • 4.2 第二节   血液制品
      • 4.2.1 一、血液制品的种类
      • 4.2.2 二、血液制品的安全性
    • 4.3 第三节  人尿制品
      • 4.3.1 一、人尿的化学组成
      • 4.3.2 二、尿液中的活性物质
    • 4.4 第四节  胎盘制品
    • 4.5 第五节  人源生物制品的制备实例
      • 4.5.1 人血浆白蛋白制剂的制备
      • 4.5.2 尿激酶的制备
      • 4.5.3 人绒毛促性腺激素的制备
      • 4.5.4 白细胞介素-2的制备
    • 4.6 第六节  人源性生物制品的研发前景
  • 5 第五章   动物源生物制品
    • 5.1 第一节  动物源性生物制品概况
      • 5.1.1 一、动物源性生物制品的特点
      • 5.1.2 二、动物源性生物制品的种类与用途
      • 5.1.3 三、几种重要的动物源性生物制品
    • 5.2 第二节  动物源性生物制品制备实例
      • 5.2.1 一、胰岛素的制备
      • 5.2.2 二、超氧化物歧化酶的制备
      • 5.2.3 三、核糖核酸的制备
      • 5.2.4 四、肝素的制备
      • 5.2.5 五、硫酸软骨素的制备
  • 6 第六章  基因工程病毒疫苗
    • 6.1 第一节   疫苗概述
    • 6.2 第二节  病毒疫苗的种类
    • 6.3 第三节 基因工程病毒疫苗的设计与制备
    • 6.4 第四节  基因工程病毒疫苗的研发现状
    • 6.5 第五节 我国基因工程病毒疫苗的开发战略
  • 7 第七章  基因工程菌苗
    • 7.1 第一节  概述
    • 7.2 第二节  目前应用的菌苗及其存在问题
    • 7.3 第三节  重要细菌基因工程苗的研究进展
    • 7.4 第四节  基因工程菌苗的开发战略
  • 8 第八章   治疗性疫苗
    • 8.1 第一节   概述
    • 8.2 第二节   治疗性疫苗的种类
    • 8.3 第三节  乙型肝炎复合物型治疗性疫苗
    • 8.4 第四节  治疗性疫苗的开发现状及展望
    • 8.5 第五节  我国治疗性疫苗的开发战略
  • 9 第九章  治疗性抗体
    • 9.1 第一节   概述
    • 9.2 第二节  抗体的分类及功能特点
    • 9.3 第三节  单克隆抗体
    • 9.4 第四节  基因工程抗体
    • 9.5 第五节  我国治疗性抗体的开发战略
  • 10 第十章  血液代用品
    • 10.1 第一节  血液代用品概述
    • 10.2 第二节  血液及其主要成分的结构和功能特点
    • 10.3 第三节  血液代用品的开发现状
  • 11 补充拓展
    • 11.1 视频
第二节   治疗性疫苗的种类
     

1.根据治疗性疫苗针对疾病种类的不同可分为

①细菌型治疗性疫苗;

②病毒型治疗性疫苗;

③肿瘤治疗性疫苗;

④自身免疫病治疗性疫苗。

2.根据治疗性疫苗的作用机制可分为

①特异性治疗性疫苗;

②非特异性治疗性疫苗。

3.根据所用免疫原的种类可分为

①核酸型治疗疫苗;

②重组蛋白型治疗疫苗;

③天然蛋白型治疗疫苗;

④免疫复合物型治疗疫苗;

⑤嵌合型治疗疫苗。

(一)非特异性治疗性疫苗

v这类疫苗的特点为属非特异地诱生机体的细胞免疫应答,其作用较弱,一般均作为联合治疗的一部分

v卡介苗主要用于非特异地提高机体的细胞免疫,但作用较弱而被用作一种协同治疗,联合用于肿瘤病人。

v除卡介苗外,短小棒状杆菌(革兰氏阳性杆菌)以及其他的一些细菌均曾被用作非特异的治疗性疫苗。

(二)细菌型治疗性疫苗

v细菌性感染因有抗生素等治疗,可以控制,故治疗性疫苗仅限于少数几种慢性感染,如结核病、麻风病及布鲁氏病等。

v20世纪初,为治疗金黄色葡萄球菌引起的反复发作的疖及痈,Wright采用自患者分离的加热灭活的葡萄球菌为治疗性疫苗,获得成功,奠定了细菌型治疗性疫苗的基础

v1986Convit曾报道联合使用灭活的麻风菌苗与卡介苗治疗300名麻风病人,结果可使60%的严重麻风病人病灶中清除麻风菌,并且降低了复发率。其机制为病人的特异性细胞免疫得以提高,并不再对麻风杆菌处于耐受状态

v伦敦大学医学院的Stanford,从乌干达的土壤中分离了一株分支杆菌Mycobacterium  vaccae),并用灭活的该菌苗联合药物治疗结核患者,联合疗法使87%的患者治愈,而单用药物治疗的患者仅有78%治愈。

v近来,已经开始研究针对幽门螺杆菌感染的治疗性疫苗。由于幽门螺杆菌引起的感染为慢性,加上长期用药后总会发生耐药性,开展这一治疗性疫苗的研究有一定价值。

(三)病毒型治疗性疫苗

v在病毒型疫苗中研究最多的是:生殖道单纯疱疹的治疗性疫苗,慢性乙肝治疗性疫苗,HIV感染的治疗性疫苗。

v目前这些疫苗已有临床研究的资料。

v此外,也有学者在研究丙型肝炎病毒(HCV),人类乳头状瘤病毒(HPV(诱发宫颈癌)疫苗,并认为有可能用于治疗患者。

1.单纯疱疹(HSV)治疗性疫苗

v单纯疱疹是一种由单纯疱疹病毒所致的病毒性皮肤病,中医称为热疮。

v以皮肤黏膜交界处发生成簇水泡、糜烂、溃破、结痂,疼痛相兼为主要表现的急性疱疹性皮肤病。

v传染途径:可以通过与感染病人接吻或共用食用器皿、毛巾、剃须刀等接触形成传播。还可以通过性传播感染生殖器疱疹。  

v单纯疱疹可在接触病毒20年后产生。一旦病毒侵人体内,经数年后可能在最终侵人部位或附近产生症状。

v在发病之前,患者可能会感到该处搔痒或过敏。病毒可能被特定食物、应激、发热、寒冷、过敏、日晒及月经时激发。

v单纯疱疹属于疱疹病毒科a病毒亚科,病毒质粒大小约180纳米。

v根据抗原性的差别目前把该病毒分为1型和2型1型主要由口唇病灶获得,2型可从生殖器病灶分离到。

v感染是由于人与人的接触。从发生后四个月到数年被感染的人数可达人口总数的50%-90%,是最易侵犯人的一种病毒,但在临床仅有一部份发病。

v单纯疱疹属于疱疹病毒科a病毒亚科,病毒质粒大小约180纳米。

v根据抗原性的差别目前把该病毒分为1型和2型1型主要由口唇病灶获得,2型可从生殖器病灶分离到。

v感染是由于人与人的接触。从发生后四个月到数年被感染的人数可达人口总数的50%-90%,是最易侵犯人的一种病毒,但在临床仅有一部份发病。

vHSV基因编码的晚期蛋白中有11种包膜糖蛋白(gBgCgDgEgGgHgIgJgKgLgM),有些功能较清楚。

v其中gBgD与病毒吸附和穿入有关,是与细胞特异性受体相互作用的病毒配体分子。

vgD诱导产生中和抗体的能力最强,可用于研制疫苗。

vgC是补体C3b―结合蛋白(complement C3b-binding protein)。

vgEFc受体,可与IgGFc端结合。

vgG为型特异性抗原,以此抗原能区别HSV-1gG-1)和HSV-2gG-2)。gH与病毒的释放有关。

v1987Stanberry 等在豚鼠的生殖道模型中发现,用HSV作预防性免疫,不仅可预防HSV感染,还可减少75%的病毒发作的次数与缩短病期。用克隆表达的HSV糖蛋白gD2也同样有效。

v实验中,疫苗明显地诱生了对HSVⅡ的中和抗体,并且使对gD2的抗体效价增高了4倍。由于抗体的效价并不与HSV的复发呈相关性,认为疫苗的效果可能与细胞免疫或细胞因子有关治疗性疫苗可以改变病毒慢性感染(持续性感染)的病程。结果还提示可进一步修饰gD2抗原,或改变佐剂以提高疗效。

2.人类免疫缺陷病毒(HIV)的治疗性疫苗

v造成人类免疫系统的缺陷;

v1981年,人类免疫缺陷病毒在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒,属反转录病毒的一种。至今无有效疗法的致命性传染病;

v该病毒破坏人体的免疫能力,导致免疫系统的失去抵抗力,而导致各种疾病及癌症得以在人体内生存,发展到最后,导致艾滋病(获得性免疫缺陷综合症);

v引起获得性免疫缺陷综合征和相关疾病的RNA病毒。病毒主要侵犯CD4+T细胞、CD4单核细胞和B淋巴细胞。

v艾滋病人由于免疫功能严重缺损,常合并严重的机会感染,常见的有细胞(鸟分枝杆菌)、原虫(卡氏肺囊虫、弓形体)、真菌(白色念珠菌、新型隐球菌)、病毒(巨细胞病毒、单纯疱疹病毒,乙型肝炎病毒),最后导致无法控制而死亡,另一些病例可发生肉瘤或恶性淋巴瘤。

v此外,感染单核巨噬细胞中HIV呈低度增殖,不引起病变,但损害其免疫功能,可将病毒传播全身,引起间质肺炎和亚急性脑炎。

vHIV病毒主要攻击人体的辅助T淋巴细胞系统;一旦侵入机体细胞,病毒将会和细胞整合在一起终生难以消除;病毒基因变化多样;

v广泛存在于感染者的血液、精液、阴道分泌物、唾液、尿液、乳汁、脑脊液、有神经症状的脑组织液,其中以血液、精液、阴道分泌物中浓度最高;

v对外界环境的抵抗力较弱,对乙肝病毒有效的消毒方法对艾滋病病毒消毒也有效;感染者潜伏期长、死亡率高艾滋病病毒的基因组比已知任何一种人类免疫缺陷病毒病毒基因都复杂。

形态结构

v人类免疫缺陷病毒直径约120纳米,大致呈球形。

v病毒外膜是类脂包膜,来自宿主细胞,并嵌有病毒的蛋白gp120gp41gp41是跨膜蛋白,gp120位于表面,并与gp41通过非共价作用结合。向内是由蛋白p17形成的球形基质(Matrix),以及蛋白p24形成的半锥形衣壳(Capsid),衣壳在电镜下呈高电子密度。

v衣壳内含有病毒的RNA基因组、酶(逆转录酶、整合酶、蛋白酶)以及其他来自宿主细胞的成分(如tRNAlys3,作为逆转录的引物)。

致病机制

vHIV选择性的侵犯带有CD4分子的,主要有T4淋巴细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞等。细胞表面CD4分子是HIV受体,通过HIV囊膜蛋白gp120与细胞膜上CD4结合后,gp120构像改变使gp41暴露,同时gp120-CD4与靶细胞表面的趋化因子CXCR4CXCR5结合形成CD4-gp120-CXCR4/CXCR5三分子复合物。

vgp41在其中起着桥的作用,利用自身的疏水作用介导病毒囊膜与细胞膜融合。最终造成细胞被破坏。其机制尚未完全清楚,可能通过以下方式起作用。

1.由于HIV包膜蛋白插入细胞或病毒出芽释放导致细胞膜通透性增加,产生渗透性溶解。

2.受染细胞内CD-gp120复合物与细胞器(如高尔基氏体等)的膜融合,使之溶解,导致感染细胞迅速死亡。

3HIV感染时未整合的DNA积累,或对细胞蛋白的抑制,导致HIV杀伤细胞作用。  

4HIV感染细胞表达的gp120能与未感染细胞膜上的CD4结合,在gp41作用下融合形成多核巨细胞而溶解死亡。  

5HIV感染细胞膜病毒抗原与特异性抗体结合,通过激活补体或介导ADCC效应将细胞裂解。  

6HIV诱导自身免疫,如gp41T4细胞膜上MHCⅡ类分子有一同源区,由抗gp41抗体可与这类淋巴细胞起交叉反应,导致细胞破坏。

7.细胞程序化死亡(programmed cell death ):在艾滋病发病时可激活细胞凋亡(Apoptosis) 。

vHIVgp120CD4受体结合;直接激活受感染的细胞凋亡。甚至感染HIVT细胞表达的囊膜抗原也可启动正常T细胞,通过细胞表面CD4分子交联间接地引起凋亡CD+4细胞的大量破坏,结果造成以T4细胞缺损为中心的严重免疫缺陷,患者主要表现:外周淋巴细胞减少,T4/T8比例配置,对植物血凝素和某些抗原的反应消失,迟发型变态反应下降,NK细胞、巨噬细胞活性减弱,IL2γ干扰素等细胞因子合成减少。病程早期由于B细胞处于多克隆活化状态,患者血清中lg水平往往增高,随着疾病的进展,B细胞对各种抗原产生抗体的功能也直接和间接地受到影响。

2.人类免疫缺陷病毒(HIV)的治疗性疫苗

vHIV感染导致的慢性进行性免疫缺陷,最终发生致死的严重后果。HIV的包膜抗原成分gp160曾经克隆表达后,先用于正常人体,证明无毒性,以后1991年用于治疗30名处于HIV感染第12期的患者。

v最近,gp160外,其他的HIV的包膜抗原,如gp120p24病毒样颗粒、重组的金丝雀痘病毒gp160等疫苗均仍在研究中。

v12届世界艾滋病大会,Valentine等已报道,用多种药物先治疗,再用灭活、但去除了gp120的疫苗免疫,可诱生强而显著的对p24的细胞增殖应答。这些发现又一次激发了对HIV治疗性疫苗的研制热情。

3.人类乳头状瘤病毒治疗性疫苗

v乳头状瘤病毒(papillomavirusPV)是一种嗜上皮性病毒,在人和动物中分布广泛,有高度的特异性。人类乳头状瘤病毒(HPV)的宿主为人类,故冠以“人(human)”之称。

vHPV可引起人类良性的肿瘤和疣,如生长在生殖器官附近皮肤和粘膜上的人类寻常疣、尖锐湿疣以及生长在粘膜上的乳头状瘤。

vE6E7基因对细胞生长刺激最为重要,E6E7编码的E6E7蛋白分别与抑癌基因p53Rb结合,引起细胞增殖失控,抑癌基因对DNA的损伤修复功能丧失,导致癌前病变及癌症的发生。

v自从1976zurHansen提出HPV宫颈癌的致癌因素以来,HPV感染与宫颈癌关系的研究成为肿瘤病毒病因研究的热门课题。

v人类乳头状瘤病毒(HPV)可引起皮肤疣,生殖道疣等,其中的某些类型是潜在的致宫颈癌的病毒。

v1999年已报道美国学者用HPVL2E7融合基因表达蛋白治疗25名生殖道疣的II期临床。研究结果,应用重组表达的HPV蛋白与Aldrogel(氢氧化铝类)共免疫,25名患者在治疗后8周完全清除了生殖道疣。

(四)裸核酸型治疗性疫苗

v1993年经Merck公司在流感病毒预防性疫苗的研制中证实,DNA确有免疫原性后,已成为全球疫苗研究的最热点。作为治疗性疫苗,DNA已被用于治疗肿瘤、自身免疫病、传染病等。

v裸基因: (1)无蛋白质外壳的类病毒,其暴露的基因通常是RNA(2)基因治疗或基因疫苗采用外源、功能性的纯DNA,可直接注入生物机体内产生效应。(3)生命起源过程中出现最初的生命形态,仅有能自我复制的核酸。

1.裸核酸作为治疗性疫苗(DNA疫苗)的优点

1)诱生表位-靶向免疫应答

2)扩大免疫原性的幅度

3)诱生细胞毒T淋巴细胞(CTL) 

4)便于加入免疫调控因子

2.DNA疫苗用于肿瘤治疗

v用基因工程的方法修饰肿瘤细胞或免疫细胞,使其分泌某些细胞因子从而可诱生炎症反应或免疫应答,达到清除肿瘤的效果。

v由于肿瘤中很少具有特异性抗原,因此只能用转染细胞因子的基因进行研究。

v在肿瘤DNA免疫治疗中的另一个问题是,多次注入转染的基因细胞后,是否会引起对细胞因子的免疫应答而失效或造成不良后果。

3.DNA疫苗用于治疗自身免疫病

v为研究DNA免疫是否可用于治疗自身免疫病,学者们用鼠的实验性自身免疫性脑炎(EAE),一种T细胞介导的自身免疫病模型进行了研究。

v实验证明,用针对致病V基因产物的单克隆抗体,或用致病性T细胞受体V区的抗原决定簇合成肽免疫,均有治疗自身免疫性脑炎(EAE)的作用。

v这一结果显示DNA免疫在自身免疫病中可使Th1类免疫应答向Th2类免疫应答转化,从而对具有对多发性硬化症,青年型糖尿病,类风湿性关节炎等自身免疫性疾病有潜在的治疗作用。

4.DNA疫苗用于治疗结核病v对于DNA免疫预防结核病的研究,在小鼠中显示了很好的效果。

v英国的Lowrie等和Slia等于1996年用编码麻风分枝杆菌65kDa热休克蛋白(hsp65)的质粒DNA免疫小鼠,动物不仅可诱生特异的体液与细胞免疫,还可抵抗用结核杆菌的攻击。

vDNA免疫所获得的免疫保护作用可与用卡介苗免疫的效果相同。hsp65蛋白免疫鼠则无此作用。

v用编码分枝杆菌另一种蛋白(36kDa富含脯氨酸)的DNA免疫也对小鼠具有保护作用。当以hsp65DDNAIL-12DNA联合免疫则反而效果下降,说明互相有拮抗作用。当先用化疗,再用DNA免疫,则可清除结核菌,诱生特异的体液和细胞免疫。

5.DNA疫苗用于治疗艾滋病

v编码HIVgp160DNA疫苗肌肉注射免疫,在动物中可诱生抗体。在猴免疫缺陷病毒感染的模型中,HIV DNA免疫也显示有一定疗效。

vCalarota等(1998)用编码HIV调控因子的基因组建的DNA疫苗治疗了9名无症状的HIV感染者,结果8名患者产生了特异的CTL,并且未发生副反应。

vMacGregor等(1998)对15例无症状的HIV感染者,用编码envrevDNA疫苗进行了注射。有些患者出现了gp120的抗体或对gp160CTL

v临床显示DNA免疫的安全性和潜在的肝免疫原性。 

v对24只免疫猴子和4只对照猴子进行高于人感染剂量几百倍的艾滋病病毒攻击,结果28只猴子都感染了艾滋病病毒,对照4只猴子患病并在8周内死亡,而免疫组健康生存,且在感染后一周,艾滋病病毒达到了几乎检测不出来的水平,取得了令人振奋的结果。

五、自身免疫疾病治疗性疫苗

v自身免疫疾病

v是指机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病。许多疾病相继被列为自身免疫性疾病。

v分类

v器官特异性自身免疫病

v系统性自身免疫病

v器官特异性自身免疫病

v组织器官的病

理损害和功能障碍仅限于抗体或致敏淋巴细胞所针对的某一器官

v主要有慢性淋巴性甲状腺炎、甲状腺功能亢进、胰岛素依赖型糖尿病、重症肌无力、慢性溃疡性结肠炎、恶性贫血伴慢性萎缩性胃炎、肺出血肾炎综合征、寻常天皰疮、类天皰疮、原发性胆汁性肝硬变、多发性脑脊髓硬化症、急性特发性多神经炎等,其中常见者将分别于各系统疾病中叙述。

v系统性自身免疫病(器官非特异性)

v由于抗原抗体复合物广泛沉积于血管壁等原因导致全身多器官损害,称系统性自身疫病。

v习惯上又称之为胶原病或结缔组织病,这是由于免疫损伤导致血管壁及间质的纤维素样坏死性炎及随后产生多器官的胶原纤维增生所致。

自身免疫病的症状和特点

⑴病人血清中常可检出高浓度自身抗体。

⑵出现与免疫反应有关的病理变化,病变部位主要是有淋巴细胞和浆细胞浸润为主的慢性炎症。  

⑶大多数原因不明,可能与遗传、感染、药物及环境等因素有关。   

⑷病程一般较长,多为发作与缓解反复交替出现。   

⑸一般女性多于男性。   

⑹可进行动物复制

常见的自身免疫病有以下几种:

①硬皮病(硬化症MS

v以皮肤纤维组织的过度增生为特征,好发于女性。由于皮肤增厚变硬,所以外表紧绑而光泽,患者面容呆板,缺乏表情。硬皮病有两种类型,一种为局限型,皮损只限于皮肤;另一种为系统型,可有关节、胃肠、肾、心血管系、肺等病变。

v关节活动障碍和吞咽困难是常见症状。

v血清内可查到抗核抗体、类风湿因子等。本病没有有效的治疗方法,青霉胺对限局型硬皮病可能有些效果。 

②系统性红斑狼疮

v多见于中年女性。其特征是面颧部蝴蝶状充血疹及广泛内脏病变,易受侵的器官有心、肾、肺、肝等。“典型”病例呈急性过程,有发热、关节痛、淋巴结肿大、肾功能衰竭等,并可致死。但大部分进展缓慢。  

v本病的主要自身抗原为脱氧核糖核酸,特别是变性的脱氧核糖核酸,此外还有核蛋白、血细胞等。

v有些用以治疗非系统性红斑狼疮的药物可导致抗核抗体的产生。这些药物中主要的有肼苯哒嗪、普鲁卡因酰胺、异烟肼、甲基多巴等。因药物引起的系统性红斑狼疮较少引起肾损害,其他病例则几乎都有程度不同的肾损害,最后常导致肾功能衰竭。