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将蛇毒研究进行到底——山东省食药检院“高端蛇毒血凝酶产业化关键技术体系构建与规模化应用”项目攻关纪实

2025

/ 02/18
来源:

中国医药报

作者:

齐桂榕

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  编者按

  近年来,山东省药监局统筹高质量发展与高水平安全,对守底线保安全和追高线促发展两手抓、两手硬。《中国医药报》深度挖掘了山东省各级政府和药监部门、技术支撑单位、产业园区、医药企业等各领域在培育医药新质生产力方面的经验做法,讲好发展医药新质生产力的山东故事。

  2025年2月15日,《中国医药报》创新采用“讲故事”的深度报道形式,以4个版面刊发“走在前,挑大梁,努力开创医药产业高质量发展新局面”山东专刊。这是自2023年、2024年专刊报道山东药品监管和医药产业发展成效以来,再次对山东助推医药产业高质量发展典型做法进行报道,在全国起到示范引领作用。

图为课题组采用自主研发的凝血效价测定仪测定蛇毒成分的活性。山东省食药检院供图

  □?齐桂榕

  多次前往蛇厂取毒、建立蛇毒蛋白质库、解析蛇毒蛋白质结构、指导企业产业化生产、提升质量控制标准……十多年来,山东省食品药品检验研究院(以下简称山东省食药检院)生物检测室主任石峰带领团队在蛇毒研究道路上留下了一串串坚实的足迹。

  2010年,山东省食药检院牵头,联合山东大学等多家单位开展“高端蛇毒血凝酶产业化关键技术体系构建与规模化应用”项目研究。在该项目推动下,我国高端血凝酶领域实现原研产品国产化替代,近两年累计新增经济效益达17.1亿元。2024年5月,该项目荣获2023年度山东省科学技术进步奖一等奖。

  “没有数据库,我就自己建”

  “你看,蛇头两侧的这两条白线就像眉毛一样。小的白眉蝮蛇就跟筷子差不多大。”石峰从办公室书架拿下厚厚的《中国蛇类图鉴》,轻车熟路地翻到白眉蝮蛇的页面介绍起来。

  白眉蝮蛇蛇毒血凝酶、矛头蝮蛇蛇毒血凝酶是石峰及其团队的研究对象。蛇毒血凝酶是从蛇毒中提取出的帮助伤口止血的蛋白质成分,具有疗效确切等优势。但药物上市早期受科技水平限制,质量标准较低。落后的检验方法无法对蛇的种源作出判断,也导致掺假造假难发现、批与批之间质量难控制等问题。

  2010年,在蛇毒血凝酶相关产品进行再注册时,国家药品监管部门对相关企业提出了对蛇毒血凝酶及杂蛋白更充分地研究以提升质量标准的要求,这也成为山东省食药检院系统推进该项目的原动力。其实,在此之前,山东省食药院已开始关注此类药物质量标准研究工作。但是,受检验设备等硬件条件限制,最为关键的蛋白质结构解析面临诸多技术难题。

  2015年,山东省食药检院购买了液相色谱高分辨质谱联用仪(以下简称高分辨质谱),项目研究工作迎来转折点。有了高分辨质谱及蛋白质组学技术,就可以通过对蛋白质数据库搜库的方式确定蛋白质结构。但当工程师对蛇毒血凝酶的高分辨质谱数据进行搜库时,一盆凉水泼下来——“根本搜不到!这两类蝮蛇太小众了,国内外研究很不充分”。这时,石峰萌生了一个大胆的想法:“没有蛋白质数据库,那我们就自己建一个!”

  新的问题摆在眼前:怎么建?在石峰看来,自行构建蛋白质数据库的理论其实并不难。蛋白质的合成由基因决定,mRNA的碱基排列顺序直接指导蛋白质氨基酸的排序。只要提取出蛇的全部mRNA,再对mRNA进行核酸测序就可以了。石峰考虑,蛇毒从毒腺分泌,毒腺中指导蛇毒蛋白合成的mRNA含量应该最高,建库的第一步就是获得相应蛇的毒腺。

  匹配度达到100%

  2015年11月,石峰一行前往位于锦州的蛇场。为了给蛇取毒腺,石峰专门找了一名外科医生随行。在蛇场的恒温室里,石峰挑选了不同大小、不同性别、具有代表性的白眉蝮蛇,待工人处理后放入装满干冰的泡沫箱中匆匆赶往酒店。

  随行医生在酒店为这场“手术”做了简单的准备工作,把泡沫箱当作临时操作台,用针头把蛇头简单固定后,解剖开始了。但是,由于毒腺太小再加上从未给蛇“动过刀”,几人整整找了一天都未能找到准确的毒腺组织。于是,他们对每条蛇取了多个类似的组织,带回山东进行免疫组织化学分析。确定了毒腺组织后,石峰一行又匆匆返回锦州,迅速完成了20多条蛇的腺体取样工作。

  在从毒腺中提取出mRNA后,科研人员在mRNA的测序方法选择上又犯了难。当时可选择的基因测序技术有第二代和第三代。第二代基因测序技术对mRNA片段测得准但是测不长,只能分段测序后再拼接,这就会增加差错几率;第三代基因测序技术能一次性测完整条mRNA序列,但是准确率低。为了确保mRNA测序的准确性,经过几番考量,石峰将两代技术相结合——先用第三代技术测出整体框架,再用第二代测序数据进行校对。就这样,科研人员拿到了不同样本蛇毒血凝酶的完整mRNA序列,并通过生物信息学技术将其“翻译”成相应蛋白质并获得质谱数据,一个源自虚拟蛋白质的蝮蛇蛇毒蛋白数据库就这样诞生了。经过与真实蛇毒血凝酶蛋白质的质谱数据比对,匹配度达到100%。

  考虑到蛇在不同季节的状态不同,为了确保万无一失,石峰团队又在次年不同季节前往多家蛇场取样。经过近两年的反复验证,蝮蛇蛇毒蛋白数据库才算真正意义上建成了。

  为蛇毒蛋白找“指纹”

  举一纲而万目张。蝮蛇蛇毒蛋白数据库的建立,让杂蛋白结构解析、特征肽段确定、处方工艺改进等许多问题迎刃而解。

  在研究清楚蛇毒血凝酶氨基酸排列顺序的基础上,工程师们又通过实验、计算机模拟等手段研究出蛇毒血凝酶蛋白质的一级、二级、三级、四级结构。不仅如此,由于数据库囊括了完整的蝮蛇蛇毒蛋白质数据,科研人员还解析了蛇毒血凝酶产品中多种杂蛋白的结构。

  结构解析工作完成后,工程师们将蛇毒血凝酶及杂蛋白水解,分别找到特征肽段。“特征肽段的图谱就像人类的指纹一样,是独一无二的可以用来表征整个蛋白质的片段。特征肽段既可以用来定性,实现对蛇毒来源的种属鉴别,还可以用来定量,指导改进生产工艺降低效价损失。”石峰表示,在工艺生产流程中实时检测特征肽段含量,可以破解血毒血凝酶工艺环节损失、杂蛋白的流向等多个问题,实现指向性的工艺改进。在工程师们的指导下,相关企业改进了蛇毒血凝酶原料制备工艺,优化了制剂处方。蛇毒血凝酶原料在蛇毒提取环节的收率提升了3.8倍,最终产品的稳定性大大增强,产品保质期也随之延长。

  除了指导工业生产,山东省食药检院还参与制修订矛头蝮蛇和白眉蝮蛇血凝酶原料与制剂4项国家药品标准,实现了国内蛇毒药品质量控制接轨国际。

  目前,蛇毒血凝酶已成为国内止血药市场不可或缺的产品,近两年累计新增经济效益超过17亿元。但是,山东省食药检院对蛇毒的钻研仍未终止。

  “我们和企业一直保持着密切联系,继续开展蛇毒血凝酶的提升改进工作。另外,蛇毒中不仅有血凝酶,还有用于溶解血栓的纤溶酶、用于镇痛的神经毒蛋白等。我们还将继续开展其他蛇毒科学研究,充分挖掘它的药用价值,把蛇毒研究进行到底。”石峰说。

  来源:中国医药报

责编:辛明芮


审签:黄勇

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