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色谱纯化技术在胰岛素制备工艺中的应用

博格隆生物

2024/08/09 10:48

阅读：2

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病。中国糖尿病病人数量在1.1亿左右，其中20%～30%的糖尿病病人需要通过注射胰岛素来控制血糖。

目前胰岛素主要是以基因工程手段合成，再通过一系列方法提纯得到胰岛素产品，这其中色谱技术应用最为广泛。

什么是胰岛素？

胰岛素是由胰脏内的胰岛β细胞受一些物质刺激而分泌的一种蛋白质激素。这些物质可以是内源性的，也可能是外源性的，比如胰高血糖素、核糖、乳糖、精氨酸等。胰岛素是通过促进糖原、脂肪及蛋白质的合成而降低血糖浓度，并且是机体内唯一一种可以降低血糖的激素。

图片1.png

Fig. 1 胰岛素结构示意图

胰岛素类似物的区别

胰岛素-02.jpg

Fig. 2 胰岛素类似物区别表

胰岛素分子设计纯化工艺

目前临床使用的胰岛素有三种来源：

1）动物胰岛素：从猪和牛的胰腺中提取，两者药效相同，但与人胰岛素相比，猪胰岛素中有1个氨基酸不同，牛胰岛素中有3个氨基酸不同，因而易产生抗体。

2）半合成胰岛素：将猪胰岛素第30位丙氨酸，置换成与人胰岛素相同的苏氨酸，即为半合成人胰岛素。

3）重组人工胰岛素：利用生物工程技术获得的高纯度的生物合成人胰岛素，其氨基酸排列顺序及生物活性与人体本身的胰岛素完全相同。

综上可见，第三种方法是目前最好的方法，副作用最小，而且简单安全。所以本篇文章针对重组人工胰岛素的制备做了以下研究。

已知的三种分子设计纯化工艺概括如下：

动物胰岛素

以动物胰脏为原料提取胰岛素——酸醇提取法。

● 传统胰岛素——猪、牛胰脏提取，只经一步重结晶

● 单峰胰岛素——凝胶过滤纯化

● 单组分胰岛素——凝胶过滤、离子交换纯化

半合成胰岛素

半合成胰岛素——以猪胰岛素为原料，酶修饰后得到人胰岛素。

酶促修饰法又称猪胰岛素的酶转化法：

无色杆菌（Achromobacter Lyticus）蛋白酶可特异性催化胰岛素B链羧基末端（第30位上）的氨基酸置换反应，由猪胰岛素第30位上的丙氨酸（Ala）变为人胰岛素的苏氨酸（Thr）。在无色杆菌蛋白酶的作用下，首先将猪胰岛素B30位上的丙氨酸（Ala）水解除去，生成去丙氨酸-B30的猪胰岛素，在同一酶的作用下使之与苏氨酸丁酯偶联，然后用三氟乙酸（TFA）和苯甲醚除去丁醇即得人胰岛素。

重组人工胰岛素

AB链合成法

以人工合成的人胰岛素A链和B链基因分别与半乳糖苷酶基因连接，形成融合基因，分别在大肠杆菌中表达A链和B链，然后再通过化学氧化作用，通过二硫键连接起来。

胰岛素-3

Fig. 3 AB链合成法工艺流程

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Fig. 4 AB链合成法

反转录酶法（仿照天然合成途径）

通过胰岛素原的cDNA合成，表达产物是胰岛素原，经工具酶切开，除去C肽，得到人胰岛素。

胰岛素-5

Fig. 5 反转录酶法工艺流程

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Fig. 6 反转录酶法

相关产品信息

胰岛素-01.jpg

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参考资料

[1] Sims, Emily K et al. “100 years of insulin: celebrating the past, present and future of diabetes therapy.” Nature medicine vol. 27,7 (2021): 1154-1164.

[2] Wright JR Jr. Almost famous: E. Clark Noble, the common thread in the discovery of insulin and vinblastine. CMAJ (2002) 167:1391– 6.

[3] Oubre AY, Carlson TJ, King SR, Reaven GM. From plant to patient: an ethnomedical approach to the identification of new drugs for the treatment of NIDDM. Diabetologia (1997) 40:614– 7. doi: 10.1007/s001250050724

[4] 钟松阳，胡婕，祝素文. 胰岛素产品咨询中常见问题及对策[J]. 中国临床药学杂志，2011, 20(2): 119-121.