抗hiv药物的研究进展

综 述 抗 HIV 药物的研究进展 张秋荣，王彩凤，刘宏民 *，郑甲信，王俊伟（郑州大学新药研究中心，郑州 450001） 摘要：目的 综述了有关抗HIV药物的作用机制、结构特点及修饰等方面的研究现状。方 法 以近20年国内外有代表性的论文为依据，进行分析、整理和归纳。结果与结论 5种 酶抑制剂具有抗HIV病毒的活性，目前已有若干新化合物进入临床研究，具有良好开发前 景。 关键词：抗 HIV 药物；艾滋病；作用机制；酶抑制剂 人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV ）是一种感染人类免疫系统 细胞的慢病毒（Lentivirus ） ，属于逆转录病毒，导致艾滋病（ Acquired Immune Deficiency Syndrome，AIDS ）的发生 1。艾滋病是人类至今难以控制的最严重的恶性传染病，引起了 全世界的广泛关注，近年来对抗艾滋病药物的研究开发成为热点。 依据HIV 感染细胞的5个阶段特点，设计合成的抗HIV化学药物可划分为五类即：侵入/ 融合抑制剂、逆转录酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、整合酶抑制剂和装配及释放抑制剂。目前 有三十多种抗HIV药物上市，大体可分为: 侵入抑制剂1种、融合抑制剂 l种、核苷类逆转录 酶抑制剂14种、非核苷类逆转录酶抑制剂4种、核苷和非核苷类逆转录酶抑制剂复合制剂1 种、蛋白酶抑制剂11种和及整合酶抑制剂1种 2。 本文对已上市的药物的作用机制和结构分类予以总结，并介绍了一些正在临床试验中 的有望上市的新化学实体。 1 侵入/融合抑制剂（Entry Inhibitors and Fusion Inhibitors） 1.1 作用机制 该类药物是通过干扰HIV和细胞之间的连接或融合阻止HIV进入靶细胞，这种阻断方 式包括两种：阻断HIV与靶细胞表面的受体连接；抑制 HIV与靶细胞融合。 1.2 已上市的药物 Enfuvirtide商品名Fuzeon ，由Roche/ Trimeris研制，2003年3月经FDA批准上市，它是第 一个融合酶抑制剂。原名T20，是一个合成的36个氨基酸的多肽，它对 gp41有很强的亲和 力，二者结合干扰了gp41六聚体的生成，阻止了病毒膜与细胞膜之间的融合，从而抑制 HIV感染健康细胞 3。 Maraviroc（1）商品名为Selzentry，由Pfizer公司研制，2007年8月经FDA批准上市，属 于侵入型抑制剂，通过阻断趋化因子受体5（CCR5）来阻止 HIV侵入和感染免疫细胞 4。 1.3 临床试验中的药物 先灵葆雅(Schering-Plough)公司研制的CCR5抑制剂Vicriviroc Maleate （2）已处于期 临床研究阶段 5。 FHNONNFNONNO21 图1 化合物12的结构式 Fig1 Structure of compound 12 2 逆转录酶抑制剂( Reverse Transcriptase Inhibitors，RTIs) 2 HIV是逆转录病毒，其复制过程依赖逆转录酶，因而逆转录酶是HIV 复制过程中必不 可少的酶，研究此酶的抑制剂是开发抗HIV药物的有效途径。 逆转录酶抑制剂按结构和作用机制可分为核苷类逆转录酶抑制剂(NRTIs) 和非核苷类 逆转录酶抑制(NNRTIs) 两类。 2.1 核苷类逆转录酶抑制剂 2.1.1 作用机制 核苷类逆转录酶抑制剂是通过阻断病毒RNA的逆转录，使病毒失去复制模板而起作用。 它们首先进入被感染的细胞，然后磷酸化，形成具有活性的三磷酸化合物。这些三磷酸化 合物是HIV-1逆转录酶底物的竞争性抑制剂，抑制逆转录酶活性，当插入生长的DNA 链时， 可导致病毒DNA合成受阻，从而抑制病毒复制 6。 2.1.2 已上市的药物 核苷类似物是应用最早的一类抗HIV药物 7。应用最广泛的抗艾滋病药物是1987年3被 FDA批准上市 Zidovudine (AZT)（3） ，随后Didanosine (ddI) （4） ，Zalcitabine (ddC)（5） ， Stavudine (d4T)（6） ，Lamivudine(3TC) （7）和Abcavir (ABC)（8）等同类药物相继上市。 替诺福韦酯(Tenofovir DF)（ 9）是第二代核苷类逆转录酶抑制剂，它必须先经过体内活化 过程，形成活性物质三磷酸核苷类似物后才能作用于生物靶点。Emtricitabine ( - ) FTC （10）也是一个新核苷类逆转录酶抑制剂，对HIV和HBV 有很强的抑制作用，与许多抗艾 滋病药物具有很好的协同作用。另外，还有Didanosine和Stavudine的缓释制剂以及复方制 剂（AZT+3TC） 、 （ABC+AZT+3TC） 、 （ABC+3TC ） 、 （TDF+FTC） 。 2.1.3 结构特点 NRTIs均为合成DNA的天然底物的衍生物，AZT及d4T为脱氧胸苷的类似物，ddC及 3TC为脱氧胞苷的类似物，恩曲他滨为 5-氟胞嘧啶硫杂脱氧核苷类似物，ddI及Tenofovir为 脱氧腺苷的类似物。 分子中含有碱基和类似五元环糖的结构，五元糖环没有3-位羟基；在糖环单元有不同 的杂原子被引入，也有开环的糖类似物；构型与天然核苷相同，只有3TC与天然核苷构型 相反，为左旋体。 2.1.4 临床试验中的药物 SPD-754 ( - )-dOTC；BCH-10652 （11） ，由Shire公司开发，为胞嘧啶类核苷逆转录 酶抑制剂，于2004年初进入期临床研究 8。 Reverset（12）由Incyte Pharmaceu-ticals与Pharmasset 公司联合研制，为氟胞嘧啶类似 物，已进入期临床研究 9。 HNOOCH3N3HO HNOOCH3HO6NH2OHO5 NH2SOHO7 NH210FSOH NHNOOH4 NNHOH H2C3H8 NNH2OPHO9 NNOH2 H2FS OHHO1 12 图2 化合物312的结构式 Fig2 Structure of compound 312 2.2 非核苷类逆转录酶抑制剂 2.2.1 作用机制 非核苷类逆转录酶抑制剂不是HIV逆转录酶底物竞争抑制剂，而是通过与酶活性点附 3 近的p66疏水区结合，并取代聚合酶结合位点的具有催化作用的天门冬氨酸残基，而达到抑 制HIV-1复制的作用 10，11 。 2.2.2 已上市的药物 目前临床上用于治疗HIV感染的此类抑制剂只有Nevirapine（13） 、Efavirenz（14） 、 Delavir- dine（15）和Etravirine（16） 。Etravirine 是2008年1月经美国FDA 批准上市的新一代非核苷 类逆转录酶抑制剂，可用于其他抗HIV药物无效者的治疗，表现出疗效迅速而持久的特点。 2.2.3 临床试验中的药物 Tibotec公司的Rilpivirine（TMC278） （17）是TMC120 的氰乙烯基类似物，抗病毒活性 远远高于Nevirapine ，是Efavirenz的10-20 倍，该化合物的 期临床试验结果也令人鼓舞， 预计2009年上市 12。 DPC083（18）是一种高效的抗HIV-1 化合物，目前正处于 期临床试验，是Efavirenz 的衍生物，但它比Efavirenz的抑制活性要强10-20 倍。其原因是它与血液中蛋白的结合力较 弱，药物在血液中有较高的浓度 13。 NNHNC3O13 NHOClF3C14 HNMeSO2HNNNNH3CO15 16NOHBrH2NCCNH3C H3CNCNNHCN NHCl OF3C17 18 图3 化合物1318的结构式 Fig Structure of compound 1318 2.3 NRTIs和NNRTIs的复方制剂1种 Atripla是 2006年7月12日经FDA快速审批通过批准上市的一种抗艾滋病的新复方制剂， 其制剂处方由NNRTIs依非仑韦Efavirenz 和NRTIsTruvada (替诺福韦酯和恩曲他滨) 组合而 成，患者只需每天服用一次，每次1片 14。 3 蛋白酶抑制剂(Protease inhibitors，PIs) 3.1 作用机制 HIV的蛋白酶作用于HIV 复制过程的后期环节，它可将病毒gag及pol基因编码的多蛋白 水解成为功能蛋白及结构蛋白，促成子粒病毒的成熟。蛋白酶活性被抑制，子粒病毒不能 成熟，从而抑制病毒的复制 15,16。 3.2 已上市的药物 自1995年第一个蛋白酶抑制剂Saquinavir（19）上市以来，美国FDA相继批准了 Indinavir（20） 、Ritonavir （21 ） 、Nelfinavir （22） 、Amprenavir（23）以及Saquinavir的软胶 囊制剂，2000年后又批准了Lopinavir（24） 、Atazanavir （ 25） 、Fosamprenavir（26） 、 Tipranavir（27 ）和Darunavir （28） 。Darunavir于2006年6月被美国FDA批准上市，是第一个 非肽类蛋白酶抑制剂，须与Ritonavir联合使用。 3.3 临床试验中的药物 由 Vertex Pharmaceuticals 公司研制的 Brecanavir (GW640385)（29）已进入临床期研 究阶段，显示良好的药理活性 17,18,19。 Merck公司生产的DMP-850（30） 、DMP-851（31）属于非肤类环脲类蛋白酶抑制剂也 4 已进人临床试验阶段 20。 24HNHNNHOCH33CH3C3OO23ONHNSOOHCH33N22HOCH3NNNHOOC3H3HOS NSH3CH3NHNNHOSC3OH3C3OO20HNNOOOHHNHNOC3H319NHNNHNNHOOOC3H3NH2OH 21 OHNSNCF3OHOCH3C326 28OOHNH SNH2OCH33 OHNNSNH2OH3CH3OPOH25H3CONHHNNHHNCH3O OOOH3C3 3CH3N OHHON HNSOHCH33OOOSNCH329 NOHOHR NHNH2DMP 850 R=Benzyl 301-utl127 图4 化合物1931的结构式 Fig4 Structure of compound 1931 4. 整合酶抑制剂(Integrase inhibitors, PIs) 到目前为止，已经报道的HIV-1整合酶抑制剂主要有以下几类：DNA 结合剂、核苷酸 类似物及寡核苷酸、硫酸酯化合物、多肽和羟基取代的芳香化合物等。 4.1 作用机制 整合酶是逆转录病毒基因表达和复制所必需的酶，在反转录之后，逆转录病毒的基因 组整合入寄主细胞的染色体中，整合过程需病毒整合酶的参与以及病毒DNA末端结构的完 整性。在HIV 复制过程中，整合酶的功能是将病毒DNA整合入宿主细胞染色体中。该整合 过程分两步，第一步称为3末端过程，即从病毒DNA 3 末端剪掉两个核苷酸，暴露出末 端为CA 的羟基(CAOH23) ；第二步是一对由逆转录酶转录的病毒DNA 插入宿主DNA， 即链转移过程；然后，病毒DNA和宿主DNA通过结合修复完成整个整合过程 21。 4.2 已上市的药物 Raltegravir（32 ）商品名isentress ，由默克公司研制，2007年10月经FDA批准上市，它 是通过抑制HIV整合酶来实现药理作用 22。 4.3 临床试验中的药物 Gilead公司的另一种整合酶抑制剂Elvitegravir （33）的研发比Raltegravir晚18个月，已 计划进入期临床研究阶段。体外试验表明，它与RT 和PR抑制剂有协同作用 23,24。 NOH3CHN3CNO3CHNOF3K2 3NOHOFCl HO 5 图5 化合物3233的结构式 Fig5 Structure of compound 3233 5 展望 随着免疫病毒学和酶学等领域的迅速发展以及计算机辅助药物设计软件的应用，有利 于医药工作者深入了解HIV病毒自身结构以及病毒感染宿主细胞的各个环节，从而有针对 性地设计合成高效低毒的抗HIV病毒药物。相信不久的将来，理想的抗病毒药物必将不断 涌现。 REFERENCES 1 ZHENG B F. 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