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四十年胰岛素人工合成方法更新迭代，工程菌还能将生产成本再降30%？

生辉 · 公众号 · · 2021-11-15 19:28

正文

11 月 14 日将迎来第 15 个 “联合国糖尿病日”，全球糖尿病患病率持续上升，使其成为对个人、家庭和社会福祉的重大挑战。

据《IDF 全球糖尿病概览 2021 第 10 版》关键数据（IDF Diabetes Atlas 10th edition 2021）显示，2021 年全球有 5.37 亿成年人（20-79 岁）患有糖尿病，占总人口数的十分之一。预计到 2030 年和 2045 年，这一数字将增至 6.43 亿和 7.84 亿。

目前 1 型糖尿病的主要治疗手段是终生注射胰岛素来控制血糖水平。糖尿病造成的医疗支出至少为 9660 亿美元 —— 在过去 15 年中增长了 316%，然而，超过五分之四 (81%) 的糖尿病成年患者生活在低收入和中等收入国家，由于产能限制和高生产成本，目前的制造将无法满足不断增长的胰岛素需求，所以降成本、增产能仍是当今市场的重要课题。

美国一家生物技术公司 rBIO，就专注于解决全球范围内糖尿病治疗费用昂贵和胰岛素缺乏的问题，该公司利用重组 DNA (rDNA) 技术合成蛋白质和肽类激素，有可能将胰岛素成本降低 30%。

产率提高两倍，成本降低 30%

rBIO 是一家合成生物学初创公司，总部位于旧金山，由私人资助，专注于降低处方药的成本。其应用遗传学和 rDNA 科学的最新突破，设计出了能够表达多种肽激素的新菌株。

该公司初创团队由来自约翰霍普金斯大学凯里商学院的一个团队和一组背景包括遗传学、生物工程和生物信息学的科学家组成，创始人兼首席执行官 Cameron Owen 是 Aevus Diagnostics 前首席执行官。

Aevus Precision Diagnostics 主要研究糖尿病药物基因组学，“所以我非常了解糖尿病领域，对于常年依赖胰岛素的患者来说，它价格仍然昂贵，从市场上来看，它的供应链很脆弱，跟上需求是一项重大挑战。”Cameron Owen 表示。

rBIO 的方法基于 2016 年 J. Craig Venter 的研究，该研究明确了细菌存活所需的最少基因数量。在 2016 年 3 月 25 日出版的《科学》杂志中，由基因组测序先驱 Craig Venter 率领的研究人员报告称，他们设计并制造出一种在自由生物体中具有最小基因组，以及最少基因的细菌，但却依然具有自我复制能力。这种被称为 Syn 3.0 的新有机体的基因组仅留下了生存和繁殖所必需的 473 个基因。

图 | Syn 3.0 仅拥有 473 个基因（来源：MARK ELLISMAN）

Cameron Owen 的想法就是 “如果重组时仅添加这些基因，就能避免大量的加工浪费。”

因此，rBIO 重写大肠杆菌的遗传密码，消除不必要的基因并编码基因组，使细菌过表达最大量的胰岛素，但不产生细菌正常代谢的产物。rBIO 的目标是将产量提高到该条件下细胞的理论极限 ——100 个胰岛素分子。目前，该公司已经设计了 7 种新的大肠杆菌菌株。

他表示：“我们还没有达到 100% 的理论最大产量，但生产率大约是当今普遍接受的胰岛素生产方法的两倍。”

除了高产之外，这种方法的不同之处在于遗传密码的设计方式。Cameron Owen 表示 “遗传学发展至今，遗传密码不仅可以被操纵，而且可以被改写”。rBIO 实际上是设计了 DNA，而不是在生物体内或体外剪切和粘贴基因。其实就相当于计算机程序员编码，不过我们不使用 1 和 0，而是使用 A、C、G、T（碱基）。

这种新方法是对自 1980 年代以来用于生产胰岛素的 rDNA 过程的增强。Cameron Owen 在接受 BioSpace 采访中说道：“四十年后，我们将它提升到一个新的水平，这类似于加速数十亿年的进化。”

合成技术迭代：高纯度、低成本是趋势

胰岛素供需关系不平衡是导致其价格一直居高不下的原因。化学合成法制备人胰岛素成本十分昂贵，人们一直在探索合成廉价的、高纯度的人胰岛素的方法。

基因工程技术问世后，科学家开始利用该技术生产胰岛素。技术过程就是用限制性内切酶把人类的胰岛素基因从染色体上切除下来，然后将人类胰岛素基因嵌入大肠杆菌的质粒，最后把改造后的质粒移植进大肠杆菌菌体内，通过一种特别的酶激活，让它开始合成胰岛素。通过基因工程获得的胰岛素结构与人类的胰岛素完全一致。

1982 年，美国礼来公司用基因工程技术合成人胰岛素产品优泌林正式投入市场，这是第一种利用基因工程手段生产的人源胰岛素，也是人类历史上第一个基因工程药物。这种通过基因工程合成的人胰岛素就是第二代胰岛素。

图 | 优泌林（Humulin）（来源：www.odec.ca）

二代胰岛素主要包含生物合成人胰岛素 (主要包括诺和灵 R、优泌林 R、甘舒霖 R)、低精蛋白锌重组人胰岛素（主要包括诺和灵 N、优泌林 N、甘舒霖 N）和预混人胰岛素 (主要包括诺和灵 30R、优泌林 70/30、甘舒霖 30R、诺和灵 50R 和甘舒霖 50R)。

在 20 世纪 90 年代，科学家通过对肽链的修饰改变胰岛素的生物学和理化特征，研发出第三代胰岛素，也称为胰岛素类似物。与人胰岛素相比，胰岛素类似物起效更快速、低血糖发生率更少、吸收更稳定、更长效、个体差异更少、对体重影响也更小。

三代胰岛素主要包括赖脯胰岛素（包括优泌乐、速秀霖）、门冬胰岛素（诺和锐）、谷赖胰岛素（艾倍得）、甘精胰岛素（包括来得时、长秀霖）、地特胰岛素 (诺和平)、德谷胰岛素 (Tresiba) 及预混胰岛素类似物（包括优泌乐 50、优泌乐 25、速秀霖 25、诺和锐 50、诺和锐 30）。

国际上重组人工胰岛素生产企业主要有诺和诺德、礼来、赛诺菲三家企业。据跨国公司年报，2020 年诺和诺德、礼来和赛诺菲分别占据全球胰岛素市场的 42%、23.30% 和 21.86%。

诺和诺德的产品 60 年代初就已进入中国市场。今年 10 月 28 日，中国国家药监局（NMPA）已批准诺和诺德公司（Novo Nordisk）研发生产的胰岛素利拉鲁肽注射液（诺和益）上市，适用于血糖控制不佳的成人 2 型糖尿病患者，在饮食和运动基础上联合其他口服降糖药物，改善血糖控制。

根据新闻稿，诺和益是全球首个基础胰岛素胰高糖素样肽 - 1 受体激动剂（GLP-1RA）注射液。近日，诺和诺德（中国）制药有限公司（以下简称 “诺和诺德”）完成了在天津的第 8 次增资，此次增资金额为 1.5 亿美元，增资后公司注册资本达 5.5 亿美元。

当前市场，拉动胰岛素市场增长的中坚力量是诺和诺德的超速效门冬胰岛素（Fiasp）、德谷 / 门冬胰岛素（Ryzodeg），赛诺菲的甘精胰岛素利司那肽（Soliqua）、甘精胰岛素升级版（Toujeo）。

国产重组胰岛素的主要企业有通化东宝、甘李药业、北京亚东生物制药、珠海联邦、合肥天麦、江苏万邦和宜昌东阳光等。

甘李制药 (603087.SH) 公司一线产品重组人胰岛素及胰岛素类似物符合 EP 和 USP 质量标准，是中国唯一一家拥有人胰岛素类似物的本土公司。

目前国内胰岛素的价格为几十元～几百元 / 支不等，据医疗从业人士透露，二代中通化东宝的甘舒霖、礼来的优泌林目前价格大约分别 40 元 / 支、50 元 / 支。三代的甘精胰岛素，甘李药业的长秀霖、赛诺菲的来得时分别约 180 元 / 支、220 元 / 支。胰岛素联合方案也有很多种，有 3+1、3+2、1 针、2 针、3 针；每个人每天胰岛素用量不一样，有的不到 10 单位，有的好几十单位。综合来看，糖尿病患者的年胰岛素费用要几千元甚至上万。

以 3 针速效胰岛素类似物诺和锐 / 赖脯胰岛素（约 90 元 / 支）联合 1 针长效胰岛素类似物甘精胰岛素 / 地特胰岛素（约 220 元 / 支）为例。

图 | 糖尿病患者年胰岛素费用（来源：公开资料）

2021 年 9 月 10 日，美国华盛顿大学医学院 Irl B. Hirsch 在庆祝胰岛素发现 100 周年之际，在 Cell Press 旗下 Med 期刊发表了相关评论。

文中指出，胰岛素被发现的许多年里，只有高收入国家才有机会享有，甚至在高收入国家，也有部分人群难以获取胰岛素。在世界范围内，糖尿病儿童最常见的死亡原因是无法获得胰岛素。

让胰岛素成为所有糖尿病患者用的到、用得起的药物，是班廷等人的初衷，也正是 rBIO 技术突破的意义所在。

除了胰岛素外，rBIO 还制定了一份八种药物的候选名单，这些药物可以用这种独特的编码方法合成。Cameron Owen 表示：“胰岛素的成功表明我们的技术有效，因此我们也在研究合成肾上腺素和促红细胞生成素等。

rBIO 另一位创始人，加州大学圣地亚哥分校医学教授 Debanjan Dhar 博士补充到：“通过这种方法可以合成多种生物产品，可以利用酵母、细菌和藻类等单细胞生物来推动下一次生物产品制造热潮，以满足患者对关键药物的需求。”

参考资料：

https://www.sohu.com/a/428528262_373785
https://www.rbio.online/media_gallery/rbio-launches-with-technology-to-hyper-produce-insulin-cost-effectively-at-scale/
《IDF全球糖尿病概览 2021第10版》
https://3g.163.com/dy/article/GJKUO5160532BT7X.html

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