生物技術(shù)屬于當(dāng)今國際上重要的高技術(shù)領(lǐng)域，被認為是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的核心力量。生物技術(shù)從廣義的角度來說，就是人類對生物資源的利用、改造并使之為人類自身服務(wù)。縱觀生物技術(shù)發(fā)展歷史，也是由簡單到復(fù)雜，由傳統(tǒng)到現(xiàn)代的發(fā)展過程，經(jīng)歷了三個重要的歷史時期。
傳統(tǒng)的生物技術(shù)階段—釀酒與制醋
早在公元前幾千年就有了釀酒和制醋的生產(chǎn)工藝，簡而言之，傳統(tǒng)生物技術(shù)階段就是釀造技術(shù)。在很長時間內(nèi)人們都不知道這些技術(shù)的內(nèi)在原因。直到發(fā)明了顯微鏡，人類知道自然界有微生物的存在，才明白釀酒與制醋和微生物以及發(fā)酵之間的關(guān)系。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，陸續(xù)出現(xiàn)了許多產(chǎn)品的工業(yè)發(fā)酵。當(dāng)然這只是早期的生物技術(shù)運用到實際生產(chǎn)中去，并非完全應(yīng)用到醫(yī)藥行業(yè)中來。
近代生物技術(shù)階段—微生物發(fā)酵技術(shù)
20世紀(jì)40年代，由于第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，急需療效好而毒副作用小的抗細菌感染藥物。1941年，美國和英國合作開發(fā)研究了英國人Fleming發(fā)現(xiàn)的，并于1940年經(jīng)Florey及Chain等所提取、經(jīng)臨床證明具有卓越療效和低毒性的青霉素。經(jīng)過大量研究工作后，終于在1943年把要花費大量勞動力（從清洗、裝料、滅菌、接種、培養(yǎng)到出料等過程）和占用大量空間（生產(chǎn)1kg含量為20%的青霉素要用約8萬個1L的培養(yǎng)瓶，產(chǎn)品的價格非常昂貴）的表面培養(yǎng)法，改進為生產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、通入無菌空氣進行攪拌發(fā)酵的沉沒培養(yǎng)法，發(fā)酵罐的體積最初達5m³，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量大幅度提高，生產(chǎn)效率明顯提高，成本顯著下降。這個生物技術(shù)為發(fā)酵工業(yè)帶來了革命性的變化，并由此展開了微生物發(fā)酵技術(shù)主導(dǎo)的近代生物制藥技術(shù)。此后，一些抗生素相繼問世，醫(yī)藥工業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。直到今天，我們吃的維生素、紅霉素、潔霉素等，注射用的青霉素、鏈霉素、慶大霉素等就是用不同微生物發(fā)酵方法制得的。醫(yī)藥上已應(yīng)用的抗生素絕大多數(shù)來自微生物，每個產(chǎn)品都有嚴格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)代生物技術(shù)階段—基因工程制藥
1953年，隨著 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，人們越來越多地認識了DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此后的20年中，在科學(xué)家的努力下，又涌現(xiàn)出了一系列與DNA有關(guān)的新發(fā)現(xiàn)和新突破，同時人體遺傳機制的秘密也逐步被人類所了解。特別是當(dāng)人們了解到DNA-RNA-蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變的一系列過程之后，科學(xué)家不再僅僅滿足于探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始逐步探索干預(yù)生物遺傳特性的方法。 1974年美國的Boyer和Cohen首次在實驗室中實現(xiàn)了基因轉(zhuǎn)移，為基因工程開啟了通向現(xiàn)實的大門；1975年Kohler和Milstein建立了單克隆抗體技術(shù)；世界上第一批重組DNA分子誕生于1972年；1973年幾種不同來源的DNA分子裝入載體后被轉(zhuǎn)入到大腸桿菌中表達，標(biāo)志著基因工程正式登上歷史舞臺。現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展為生物制藥提供了重要的研究手段。
生物技術(shù)制藥就是采用現(xiàn)代生物技術(shù)，可以人為地創(chuàng)造一些條件，借助某些微生物、植物或動物來生產(chǎn)所需的醫(yī)藥品，通過一些科技手段讓基因完全按照我們的意愿發(fā)揮生物學(xué)功能。生物技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)藥領(lǐng)域不僅擴大了疑難病癥的研究范圍，而且很好地控制了原來威脅人類健康的重大疾病。目前全世界的藥品已有一半是通過生物合成的，特別是合成分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的藥物時，生物方法不僅比化學(xué)合成法簡便，而且有更高的經(jīng)濟效益。而真正給現(xiàn)代醫(yī)藥行業(yè)帶來重大變革的還是基因工程藥物的產(chǎn)生，基因工程藥物是現(xiàn)代生物技術(shù)和制藥工業(yè)完美結(jié)合的產(chǎn)物。
1977年，美國加利福尼大學(xué)的遺傳學(xué)家博耶等人，利用基因重組技術(shù)，在大腸桿菌中制造出了5毫克的人生長激素抑制因子。如果用傳統(tǒng)的技術(shù)從羊腦中提取5毫克生長激素抑制因子，需要用50萬個羊腦。而用基因工程方法生產(chǎn)這一激素只需要50L大腸桿菌培養(yǎng)液。基因工程制藥不僅給我們帶來技術(shù)上的突破，還帶來了難以估計的經(jīng)濟效益。
世界第一個基因重組藥物-胰島素
1921年，29歲的班廷和22歲的拜斯特經(jīng)過兩個多月的艱苦奮戰(zhàn)，終于從狗的胰腺中提出了胰腺抽提液，注射這種抽提液可使狗過高的血糖濃度迅速下降。1923年，班廷由于這一貢獻獲得了醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎。1926年，純化的胰島素已經(jīng)能做成結(jié)晶。從1945年到1955年，英國的桑格經(jīng)過十年不懈的努力，終于搞清楚了胰島素的全部化學(xué)結(jié)構(gòu)，為胰島素的人工合成以及胰島素分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究奠定了基礎(chǔ)。半個多世紀(jì)以來，胰島素都是從牛、豬等大牲畜的胰臟中提取，一頭牛的胰臟或一頭豬的胰臟只能產(chǎn)生30毫升的胰島素，而一個糖尿病患者每天則需要4毫升的胰島素，胰島素產(chǎn)量遠遠不能滿足需要。由于胰島素分子量很大，在實驗室很難通過化學(xué)合成。1978年，基因泰克（Genentech）公司利用重組DNA技術(shù)成功地使大腸桿菌生產(chǎn)出胰島素。1982年首先將重組人胰島素投放市場的是美國禮來（Eli Lilly）公司，這是全球開發(fā)的第一個基因重組藥物，標(biāo)志著基因重組技術(shù)的應(yīng)用正式成為一個產(chǎn)業(yè)。
干擾素
1980年，由美國生物化學(xué)家博耶和科恩創(chuàng)建的基因工程公司，通過各種不同基因重組得到幾種生產(chǎn)干擾素的細菌。1981年，利用酵母菌生產(chǎn)干擾素又獲得成功。過去，用白細胞生產(chǎn)干擾素，每個細胞最多只能產(chǎn)生100~1000個干擾素分子；而用基因工程技術(shù)改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)，在1~2天內(nèi)，每個菌體能產(chǎn)生20萬個干擾素分子。
Epogen
促紅細胞生成激素(erythropoi-etin,簡稱EPO)是一種糖蛋白質(zhì)激素，骨髓中血紅細胞前驅(qū)的細胞因子。在人體環(huán)境中，它由肝臟和腎產(chǎn)生，是貧血及缺氧時的一種應(yīng)答反應(yīng)。1983年10月，安進（Amgen）公司的Fu-Kuen Lin成功克隆了EPO基因。1985年科學(xué)家應(yīng)用基因重組技術(shù)，在實驗室獲得重組人EPO（rhEPO），并利用基因重組技術(shù)開始大批量生產(chǎn)重組人促紅細胞生成素。1989年，美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)了Epogen在臨床上的使用。EPO用來治療慢性腎功能衰竭導(dǎo)致的貧血、惡性腫瘤或放、化療導(dǎo)致的貧血、失血后貧血。安進(Amgen)公司正是因為EPO在市場上的出色表現(xiàn)，而成為年產(chǎn)值超過80多億美元的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)巨頭。
20世紀(jì)90年代，另一種重要的生物技術(shù)藥物—單克隆抗體技術(shù)走上歷史舞臺，單克隆抗體分子能夠準(zhǔn)確找到病變細胞后再將其毀滅。在單克隆抗體領(lǐng)域，最大的受益者是全球第一個生物技術(shù)公司——基因泰克（Genentech）公司，單克隆抗體類藥物2004年給基因泰克公司帶來超過30億美元的銷售收入。
Herceptin
1987年加利福尼亞大學(xué)Dennis博士和他的同事在《SCIENCE》上發(fā)表的一篇文章揭示：編碼HER2蛋白的基因過度表達會導(dǎo)致乳腺癌的發(fā)生。HER2蛋白是原癌基因CerbB2(Her2/neu)編碼的具有受體酪氨酸激酶(RTK)活性的跨膜糖蛋白，屬表皮生長因子受體酪氨酸激酶家族，能啟動酪氨酸激酶調(diào)控的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，基因泰克公司利用基因重組技術(shù)研發(fā)出用于治療晚期乳腺癌的Herceptin。Herceptin是一種重組DNA衍生的人源化單克隆抗體，選擇性地作用于人細胞外部的表皮生長因子受體-2（HER2）。1998年Herceptin獲美國FDA批準(zhǔn)上市用于治療HER2陽性轉(zhuǎn)移性乳腺癌。
類風(fēng)濕領(lǐng)域的生物抗體藥物
Etanercept由Immunex公司研制。1998年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)etanercept用來治療使用傳統(tǒng)抗炎藥物治療無效的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，1999年正式進入市場，商品名稱為Enbrel。目前市場上很多用來治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的抗體類藥物都是應(yīng)用生物技術(shù)而得以研發(fā)生產(chǎn)的。雅培 (Abbott) 研發(fā)生產(chǎn)的 HUMIRA(R)（阿達木單抗）是首款獲準(zhǔn)的完全人源化抗體，并獲準(zhǔn)用于治療中度和重度風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病關(guān)節(jié)炎、強直性脊柱炎和克羅恩病 (Crohn's disease)。 HUMIRA（R）與一般在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的抗體類似，通過專門抑制腫瘤壞死因子-α (TNF-alpha) 產(chǎn)生療效。強生研發(fā)生產(chǎn)的Remicade，美國Amgen公司研發(fā)的Kineret（Anakinra），百時美-施貴寶公司研發(fā)的Orencia均已獲得FDA批準(zhǔn)上市治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。
新生曙光—核糖核酸干擾技術(shù)
隨著生物技術(shù)的發(fā)展，基因芯片的產(chǎn)生，人類基因組計劃的完成，RNAi技術(shù)的不斷完善，人們對生命現(xiàn)象的認識也不斷深入。在人類約3萬個基因當(dāng)中，有相當(dāng)數(shù)量的基因與疾病相關(guān)，藥物可能作用的靶基因約有5000個。目前，重組蛋白藥物和抗體藥物的開發(fā)也遇到了重重困難。但讓人們欣喜的是，在生物技術(shù)的地平線上又出現(xiàn)了一道新的曙光—核糖核酸干擾（RNA interference，RNAi）技術(shù)。
RNAi（RNA interference，RNAi）是指通過雙鏈RNA（Double Strand RNA，dsRNA），在特定酶參與下，特異性地抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄后表達的現(xiàn)象，它通過人為地引入與內(nèi)源靶基因具有同源序列的雙鏈RNA，從而誘導(dǎo)內(nèi)源靶基因的mRNA降解，達到阻止基因表達的目的。同以往的生物技術(shù)相比，RNAi直接作用于遺傳物質(zhì)—基因，因而在疾病的治療上能更直接地發(fā)揮作用，尤其是對病毒感染的治療。治療病毒感染的傳統(tǒng)藥物主要是通過抑制病毒復(fù)制過程中的某個關(guān)鍵酶而發(fā)揮作用，RNAi技術(shù)可以特異性針對病毒轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從而阻斷病毒復(fù)制。這種方式不會激活非特異性細胞反應(yīng)，避免了傳統(tǒng)藥物治療上的不良反應(yīng)。同傳統(tǒng)藥物相比，少量的siRNA就能在體內(nèi)抑制病毒基因轉(zhuǎn)錄及降低蛋白表達水平，避免了大量服用藥物產(chǎn)生的毒性。
RNAi技術(shù)的優(yōu)越性不單單表現(xiàn)在病毒感染上，在腫瘤治療上也凸顯光芒。腫瘤是多基因、多因素疾病，是多基因相互作用的結(jié)果。傳統(tǒng)治療方式單一的作用于單個靶基因，而RNAi技術(shù)特異地抑制癌基因、癌相關(guān)基因或突變基因的過度表達，使這些基因沉默。由于RNAi的特異性使抑制效果互不干擾，從而有望達到抗腫瘤作用。
生物技術(shù)的發(fā)展會推動醫(yī)藥行業(yè)的進步，正如人類用基因重組技術(shù)生產(chǎn)胰島素一樣，在下一個時代的路口，人們可能會看到RNAi技術(shù)的光環(huán)。隨著RNAi研究的深入，相信在不久的將來，RNAi技術(shù)可以成功地治療遺傳性疾病、病毒感染、免疫缺陷疾病和腫瘤等重大疾病。愿所有的科學(xué)工作者用先進的技術(shù)為我們的生活帶來更多的健康。
（作者：馬馳）