抗艾滋病药物的研究进展

抗艾滋病药物的研究进展（Recent Developments in Anti-AIDS Drugs）刘 俊 义北 京 大 学 药 学 院,AIDS的蔓延,1981 年报道首例AIDS 以来，全世界累积 HIV感染者 7000 万人，2000 多万人死于 AIDS。2002 年 WHO统计，全世界 HIV携带者和患者的总人数为4200万。2003 年新感染 HIV 的人数 500 万，95% 来自发展中国家。死于 AIDS 的人数为 330 万。每年新感染人数呈指数上升趋势。,1985 年中国发现首例 AIDS 病人。1995 年每年感染 HIV 急剧增加，现有 100 多万人感染上 HIV。10% 的感染人群进入发病期。中国 HIV 感染人数排在世界第十四位，每年增加人数排世界第一位。,中国AIDS的概况,AIDS的治疗,1995 年中国 AIDS 病人，每人每年的平衡药费约为8万元。2002 年国内病人，每人每年的平均药费约3万元。2002 年国家药监局批准仿制生产4 种国外抗 HIV 药物，即 齐多夫定（Zidovudine）、去羟肌苷（Didanosine）、司他夫定（Stavudine）和奈韦拉平（Nevirapine）。国产化药物可使病人用药费用降至每年约 30005000 元。研发具有自主知识产权的药物是一个十分迫切和重要的课题。,HIV病毒的结构和复制,1983 年 Dr. Luc Montagnier 等人首先发现 AIDS 的病因HIV(Human immunodeficiency virus)。1984 年Dr. Robert Gallo研究小组证实了的Dr. Montagnier研究成果。HIV 是 RNA 病毒，分为HIV-1，HIV-2 两种。 2个单链 RNA 表面为双脂膜 酶（RT，pH，Ig） 结构蛋白（p24，p17，p7） 糖蛋白gp120，gp41,HIV 体外不能繁殖，借助人体细胞复制再生。 HIV 在血液中的半衰期小于6h，但进入细胞内每天产生约 1010 病毒颗粒，每年大约可繁殖 140 代。,HIV复制过程大致可分为七个步骤：病毒进攻细胞（Binding）：病毒表面糖蛋白gp120、gp41与CD4受体结合融合（Fusing）：病毒表面糖蛋白构象变化后与细胞膜进行融合。逆转录（Reverse transcription）：进入细胞的单链病毒RNA在HIV-RT作用下合成双链病毒DNA。,整合（Integration）：双链病毒DNA在整合酶作用下进入细胞核内。转录（Transcription）：病毒DNA借助细胞核转录大量病毒RNA。转译（Translation）：病毒RNA合成长链蛋白。组合并溢出 (Assembly & Budding)：病毒RNA、酶、结构蛋白在细胞内组合成大量新病毒，溢出细胞，进攻其他细胞。,基于HIV复制过程，药物化学家采用不同策略阻断病毒复制。已有17种抗HIV的化学药 (20种剂型) 被FDA批准。按作用机制分为四类： A：核苷类逆转录酶抑制剂（NRTIS） B：非核苷类逆转录酶抑制剂（NNRTIS） C：蛋白水解抑制剂（PIS） D：融合抑制剂（FIS）,抗AIDS药物,临床治疗AIDS的药物,NRTIS结构,NNRTIS结构,PIS 结构,Combination Therapy,主要问题：抗药性 组合疗法 (鸡尾酒疗法) 三种药物，占总处方的76.8%。 1 PI + 2 NRTI + 0 NNRTI 37% 0 PI + 2 NRTI + 1 NNRTI 32.4% 0 PI + 3 NRTI + 0 NNRTI 7.4% 2 PI + 2 NRTI + 0 NNRTI 6.8% 0 PI + 2 NRTI + 0 NNRTI 3.3% 其他 13.3%,组合疗法的优缺点,优点： 疗效明显优于单方药 延缓药物抗药性的产生缺点： 剂量大，品种多，药物自身及之间的毒副 作用使病人难以忍受 服药次数频繁，病人难以坚持 药品价格昂贵，病人难以承受,抗AIDS药物研究进展,重要靶点：HIV-RT，HIV-P现有药物：7个NRTIS，3个NNRTIS，6个PIS设计：基于酶的三维结构、生理功能和药物作用的活性部位。FDA对现有类型药物的评价指标： 活性更高、毒性更低； 对耐药性的病毒有很强的抑制作用； 很好的药代性质，如较长的作用时间，服用方便等。,NRTIS的研究进展,NRTIS的作用机理,NRTIS的结构特点,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的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，它比右旋体毒性更低，活性更强，能抑制HIV-1、HIV-2，HBV。,第二代NRTIS,Tenofovir（替诺福韦）为单磷酸核苷类药物，越过了体内单磷酸化 (体内活化最困难步骤)。前药形式：将磷酸核苷做成某种前药形式，以提高体内的吸收，是提高药物生物利用度的一种有效形式。,较成功例子：,前药 单磷酸核苷 (NRTI-P) NRTI-3P化合物（A）(Tenofovir disproxil) 已完成期临床试验，2002年在欧美已完成了新药和销售申请。,代谢,前药代谢, 细胞 代谢,化合物（B）正在抗HBV 期临床后期试验。,（A）和（B）均为口服前药。,化合物（C）是 ddA 前药，它对 HIV 的活性要比母体 ddA 强 1000 倍。,化合物（D）是 d4T 单磷酯化后的一种前药形式，它的活性比母体化合物 d4T 强约 100 倍。,FTC是一个新的NRTI，已完成了抗HIV期临床，2002年秋已向FDA申请新药，同时它作为抗HBV药物处期临床试验。,FTC是3TC的一个衍生物，对HIV、HBV有很强的抑制作用，它与许多抗HIV药物有很好的协同作用，可与另一个核苷类药物、蛋白酶抑制剂、非核苷类逆转录酶抑制剂联合使用。FTC的安全性和有效性比同类药物更好。FTC对3TC产生的变异病毒没有抑制作用。,SPD754 已进入期临床试验，是 3TC 的同分异构体。,对变异病毒菌株 ( 如AZT，3TC 和 PIS 等引起的）均有很强的抑制作用，而它并不产生抗药性。,FTC 和 SPD754 在体内作用时间长，每天只需服药一次。,DAPP 和 F-ddA 正处在期临床，它可抑制由AZT 和 3TC 引起的变异 HIV 菌株的复制。,DAPP 单独或联合使用都表现出很好疗效，强于d4T、ddI、Adefovir。单独使用，每天2次，每次300 mg，可使病人体内病毒快速降低 90% 以上。,F-ddA 很有效，但不良反应严重，甚至有病人死亡，已终止了临床试验。,NNRTI的研究进展,NNRTIS的作用机理,作用部位：HIV-1RT疏水腔 (亲脂性强)与其底物 作用部位1nm处。作用方式：NNRTI进入“疏水腔”后与其表面的活 性AA形成稳定的复合物。作用机理：改变HIV-1RT的构象而影响到底物作 用部位构象的变化，而使酶丧失逆转 录病毒DNA的正常功能。NNRTIS有非常强的抑制活性，IC50可达nM。,目前临床上使用的药物有 3 个 (Nevirapine、Delavirdine、Efavirenz）缺点：容易产生抗药性，原因是酶活性部位AA 易发生变异。克服缺点：与NRTI合用，初期使用足够大的量。,新NNRTIS的结构特点,结构多样性，已有 30 多种各类化合物作用于HIV-1RT的“疏水腔”。进入临床的候选药物,NNRTIS的临床试验,Emivirine (MKC-442) 作为第二代NNRTI进入期临床，它在联合用药（三种）显示出了良好抑制活性，但不幸的是，与现在使用的同类药物相比优势不明显。,DPC083已进入期临床，它对单变异或双变异病毒菌株的抑制活性可达nM。,DPC083是Efavirenz的衍生物，但它比Efavirenz的抑制活性要强 1020 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。,DPC083的副作用主要在神经系统，如头昏、眼花、皮疹。,UC781可使AZT恢复对由其自身导致的抗药性病毒产生抑制活性。UC781还有杀菌作用。,AG1549可与 RT 酶在 p66 区域形成广泛的氢键 (如 101、103、236等) ， 对多种变异的HIV病毒 有很强的抑制作用，对 狗的长期毒性试验中都 出现了血管炎副作用。 研制该药的Agouron公司正与 FDA合作进行更多的毒性试验。,SJ3366是 MKC-442 的一个衍生物，对 HIV-1抑制活性 EC501nM 。毒性与活性比要大于 4百万。,SJ3366还可抑制 HIV-2进入细胞。,TMC125它可以非常有效地抑制变异病毒的复制。单独使用7天可使血液内病毒量降低约2个数量级，其效果类似于正在试验中的5药处方。,PNU142721有很好的生物利用度，并能透过血脑屏障，有利于抑制储存在大脑细胞内的病毒。,(+) Calanolide A 是唯一来源于植物的天然产物，已进入 期临床，它是四环香豆素类化合物，分子中有3个手性中心，在体内有很好的生物利用度，体内半衰期约为20h，有利于病人每天服药的次数。,蛋白水解酶抑制剂研究进展,HIV-PR图，P145,作用机制：HIV-PR作用于HIV复制过程的后期环节，它的功能是在病毒 RNA转译的长链蛋白质的特定位置 (pro-phe) 进行水解，以产生新病毒组装时所需的功能性酶和结构蛋白。HIV-PR抑制剂：它是基于酶的结构和作用机制而设计的一类药物，是模仿多肽结构和水解反应的过渡态，使药物和酶之间有很强的亲和力。HIV-PR抑制剂可逆性地占据了酶与底物作用的空间，使HIV-PR不能与底物结合而水解相应的肽键肽。,目前临床上使用的HIV-PR抑制剂,Saquinavir、Ritonavir、Indinavir、Nelfinavir、Amprenavir、Lopinavir。结构特点：多肽分子中都含有一个不可水解的羟乙基( )结构。单独使用412周，体内病毒降低23个数量级。与NRTI联合使用时，6095%的病人体内病毒可降低到血液中检测不出，是最有效药物。缺点：易与血液中很多蛋白结合，且体内代谢快，临床用量大。,新的 (第二/三代) HIV-PRI研究进展,原则：着重于具有非多肽骨架结构的分子，以期有更广泛的抗HIV活性、或能增加口服生物利用度，或改善药物的代谢性质，能对变异病毒有强的抑制作用。合成成本要低，设计结构简单、合成方便的、手性中心少的非肽类药物。,临床正在试验的HIV-PRI,Atazanavir (2322632),是一个新的多肽类药物，在期临床试验中，它的体外活性要优于现有药物 ( IC50=2.65.3nM )。特点是体内易吸收，不易产生抗药物，有良好的药代动力学性质。,Tipranavir (PNU140690),进入/期临床，对现有药物产生抗药性的病毒有作用。在肝脏代谢快，临床试验与Ritonavir合并使用。,Mozennavir (DMP450),是环脲类化合物，期临床试验中，体外试验强于所有 PRI 的活性，对 HIV-1、HIV-2都有很好的抑制活性，有良好的口服生物利用度，合成简便，可降低未来的药品价格。,整合酶抑制剂,整合酶 (Integrase) 是 HIV 复制过程中必需酶之一，是药物 设计的理想靶点。整合酶是HIV所特有的酶，在人体细胞中不存在。成功的整合酶抑制剂应该有良好的选择性和较低的毒性，到目前为止无整合酶抑制剂问世。作用机制：该酶是将双螺旋的病毒 DNA 带入细胞核内，水 解病毒 DNA 双链中两个 3 端的磷酸核苷，产生的羟基在整合酶的作用下进攻细胞宿主基因，并以共价键的方式与细胞宿主 DNA 链相连，病毒 DNA 和宿主 DNA 结为一体，继而病毒DNA开始借助细胞核的功能和环境转录大量病毒RNA。,整合酶抑制剂研究中存在的问题及进展,早期筛选模型不可靠：不少化合物在酶试验中显示出了活性，但在细胞试验中无活性。不同模型筛选结果不一致，是主要的问题。活性化合物的选择性、毒性和药代动力学性质也是该类药物研究中存在的困难。Merck最近建立了一套全新的药理模型，使该酶研究取得了突破性进展。,候选的整合酶抑制剂,结构特征：多聚酰胺、多羟基芳香化合物、二酮酸 L870810,是 Merck 公司发现的，体外试验对整合酶有很强的抑制作用，猕猴试验表明，在给药7.5 天后体内病毒载量降低4个数量级，该药正处期临床。,S1360,S1360 对整合酶的抑制活性 IC50 = 20nM，它对由 NRTI ，NNRTI 和 PI 产生抗药性的病毒有明显的抑制 作用。目前处在 期临床试验，不足之处在于对人体血液中的蛋白质有广泛的亲和力，这将阻碍药物有效地到达靶点发挥效力。,阻止HIV进入细胞的抑制剂,抗 HIV 药物研究的另一热点是寻找阻止痛毒进入细胞的药物。HIV进入细胞的模型，图1-10。融合抑制剂，gp120、CD4受体、协同受体抑制剂。,图1-10 HIV进入人体免疫细胞的过程和药物作用靶点（如CD4 受体抑制剂、gp120 抑制剂、化学激活受体 CXCR4 或 CCR5 的抑制剂、gp41 抑制剂）（p13）,融合抑制剂,第一个治疗AIDS的融合酶抑制剂T20 AcYTSLIHSLIEESQNQQEKNEQELLELDKWASLWNWFNH2T20是一个合成的36个AA的多肽，其来源于gp41中的一段多肽结构（AA643-678）。作用机理：T20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。T20 有效浓度为 110 g/ml ， 其毒性浓度为有效浓度的104105 倍。不足：口服生物利用度差，只能皮下或静脉注射，2次/天。,正在研发的融合抑制剂T1249 AcWQEWEQKITALLEQAQIQQEKNEYELQKLDKWASLWEWFNH2T1249 是含 39 个AA的多肽，体外活性比 T20 高10倍，正在期临床试验，是gp41抑制剂。,gp41抑制剂RPR103611，YK-FH312,RPR103611 和 YKFH312 都是三萜类化合物，它们有效地抑制 HIV-1 对 T 细胞的感染，有效浓度在 10nM 左右，确切的机理尚在研究中。,gp120抑制剂,当HIV表面的gp120与细胞接触时，要有CD4和协同受体的结合。因此三个靶点的任何一个抑制剂都可阻断这一过程。gp120抑制剂Cosalane,Cosalane,分子中有多个负电荷，作用于 gp120 的V3弯曲部分的一些精氨酸和赖氨酸 (带有正电荷区域)，Cosalane 通过屏蔽 gp120 表面正电荷阻止病毒与T细胞表面接触。另外从海藻中提取的硫酸化多糖，也含有负电荷，也是 gp120 抑制剂。,CD4 抑制剂,CD4 受体的抑制剂是 PRO542，它是 CD4 免疫血球蛋白，能有效地消除游离于细胞的HIV-1，现已进入临床/期。PRO542 与 T20 在较宽的浓度范围内有协同作用，它们的合用可使病毒一细胞的融合作用有明显的抑制，并可使每个药物的有效浓度至少降低 1 个数量级。,协同受体抑制剂,淋巴细胞 (T细胞) 表面存在着CXCR4协同受体，巨噬细胞的表面有CCR5协同受体。两种协同受体均属G蛋白家族，含有7个横跨细胞的区域。CXCR4抑制剂有：ALX40-4C、T22 和 AMD3100 ALX40-4C 是一个含有9个精氨酸的多肽。 T22 是含有18个AA的合成肽。 AMD3100 是个双环胺类化合物