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蛋白质工程在医药产业中的应用
温艳华, 刘合栋, 曹春来, 巫瑞波
合成生物学    2025, 6 (1): 65-86.   DOI:10.12211/2096-8280.2024-061
摘要   (929 HTML103 PDF(pc) (2141KB)(793)  

蛋白质工程,通过定向进化、半理性或理性设计、计算机辅助设计等手段,实现对蛋白质特定功能的设计和改造,获得的工程化蛋白质在食品、医药、能源、材料等行业具有重要的应用价值。在医药化工领域,工程化酶可作为化学原料药及其中间体合成的高效生物催化剂,实现医药工业绿色制造。在生物制药领域,多肽或蛋白修饰酶的改造可显著提升候选药物的制备效率,诊断酶的改造则可以大幅增强检测的准确性和灵敏度。此外,蛋白质工程在提升治疗性酶和治疗性抗体等生物制剂的生物活性、增强药物稳定性、降低免疫原性等方面也发挥重要作用,从而提高药物的可开发性、安全性和有效性。因此,本文简要回顾了蛋白质工程的发展历程,具体阐述了其在化学原料药合成和生物制药两大产业中的一系列应用实例,旨在剖析蛋白质工程在科技成果转化及医药产业应用中存在的问题与挑战,并展望医药产业中蛋白质工程的未来发展方向,以期为促进产学研一体化发展提供借鉴。


酶/抗体来源蛋白质工程策略应用效益
青霉素G酰化酶Kluyvera cryocrescens定向进化胰岛素特定位置的保护和脱保护[113]位置选择性↑,催化活性↑
果糖肽氧化酶Eupenicillium terrenum理性设计、定点突变糖尿病诊断[118]催化活性↑,催化特异性↑
纤维蛋白溶解酶Homo sapiens丙氨酸扫描[152]、定点突变、理性设计治疗急性心肌梗死的抗凝剂[127-128]纤维蛋白特异性↑,耐受内源蛋白酶降解能力↑,半衰期↑
尿酸氧化酶mammalsDNA shuffling治疗高尿酸血症和痛风[132]活性↑,免疫原性↓,半衰期↑
尿酸氧化酶Candida utilis理性设计治疗高尿酸血症和痛风的候选口服药物[133]胰酶和肠液稳定性↑,半衰期↑
纳米抗体K922

大羊驼免疫

噬菌体文库筛选

DNA shuffling减少大肠杆菌引起的仔猪腹泻[138]胃液和肠液稳定性↑
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表2 蛋白质工程在生物制药产业中的应用
正文中引用本图/表的段落
综上,蛋白质工程不仅能够提升用于结构修饰的工具酶的催化特性,提高诊断酶/抗体的特异性以及生物化学检测的准确性,还可以在一定程度上解决治疗酶和治疗抗体等蛋白药物[151]的多目标优化问题,在生物药产业中发挥着十分重要的作用(表2)。蛋白质工程加快了生物制药的创新,为业界开发出更多生物大分子药物提供了技术保障。
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