抗病毒药物设计的一般策略

致病病毒是人类健康的巨大威胁，自有记录的人类文明开始，死于病毒感染的人数以亿计。天花一度是文明社会的噩梦；1918年的西班牙大流感，导致近三千万人死亡；2014年非洲爆发的“埃博拉疫情”让世人闻之色变，而艾滋病毒、肝炎病毒等慢性致病病毒，不仅极大地威胁着人们的身体健康，也带来了诸多的社会问题。随着医药科技的发展，恶性致病病毒的致死率和流行面积大大下降，但致病病毒感染仍是人类健康的重大威胁，因此，对于抗病毒药物的研究开发，是极其迫切和重要的！

迄今为止，疫苗是人类战胜病毒最为彻底的手段！曾经肆虐亚非拉数个世纪之久的天花病毒被疫苗锁进了笼子，而高致残率的脊髓灰质炎病毒也在“糖丸”的作用下销声匿迹，但总有那么几个“顽固分子”，如丙肝病毒(HCV)、艾滋病病毒(HIV)、腺病毒等难以用疫苗的方式克服，仍然需要有效的生化治疗手段(化学药疗法和生物制剂疗法)，在这里，主要探讨抗病毒化学药物开发策略。

图一 非包膜RNA病毒复制周期

近代医学已经阐明了病毒感染的一般步骤，大致可分为五个阶段：第一，病毒与受体结合，吸附在特定细胞的表面，如HIV病毒会选择性的入侵T细胞，而HCV主要入侵肝细胞；第二，病毒通过与细胞膜融合(包膜病毒)或胞吞作用(无包膜病毒)，释放病毒粒子进入细胞内；第三，在细胞溶酶体作用下脱衣壳，释放遗传物质；第四，完成遗传物质的复制以及蛋白的表达；第五，遗传物质和结构蛋白组装成新的病毒并从细胞中释放出去。抗病毒药物的设计策略也可以据此分类。

许多聚阴离子化合物显示出了良好的抗HIV活性，如多聚磺酸酯类(图二)、多聚磺酸类、多聚核苷类、负电荷白蛋白等，通过抑制HIV与T细胞的结合而达到抗病毒作用。

图二 多聚磺酸酯类抗病毒化合物

因为HIV的包膜蛋白gp120富含精氨酸和赖氨酸残基，显正电性，与聚阴离子化合物结合后，屏蔽了gp120蛋白，阻止HIV与细胞表面受体的结合，达到吸附抑制作用，而且部分多聚磺酸酯类化合物显示出了广谱抗包膜病毒活性。

病毒与细胞的结合是病毒感染的第一步，因此，如果能有比较好的手段抑制其结合，其效果是不言而喻的。

图三

对于包膜病毒来说，在完成吸附后，病毒的包膜与细胞膜融合，然后将核衣壳释放进细胞。大多数包膜病毒的融合过程类似。融合过程和细胞表面的趋化因子受体有很大的关系，HIV包膜表面的gp120蛋白和T细胞表面的CD4受体结合，然后gp120变构，暴露出gp41蛋白(与gp120相邻的跨膜蛋白)，同时gp120蛋白和受体CCR5或者CXCR4结合，这两个受体都是趋化因子共同受体，然后gp41蛋白渗入细胞膜，启动融合过程(图三)，而非包膜病毒通过胞吞作用进入细胞内部。

目前已经获得FDA批准的融合抑制剂有Maraviroc和Enfuvirtide，前者为趋化因子受体CCR5抑制剂，后者主要作用于跨膜蛋白gp41。天津扶素生物自主开发的西夫韦肽是第四代抗艾滋药物，作用机制与Enfuvirtide类似。

1.病毒DNA合成酶抑制剂

图四 作用于DNA复制过程的抗病毒药物

对于非逆转录病毒，不存在逆转录过程，如疱疹病毒等，因而，DNA合成酶就成了极为重要的一个药物靶点，此类抑制剂主要为核苷类似物，分为鸟苷类似物和胸苷类似物。这些药物在发挥作用之前，必须要在细胞内实现三磷酸化，然后才能发挥药效，主要通过两种方式实现抑制作用：第一，竞争性的和DNA聚合酶作用，且其结合性要比正常核苷酸好，使DNA聚合酶“中毒”；第二，被编入病毒DNA链后，阻止DNA链的延长(链终止剂)。

对于此类药物的设计目前除了开发更佳的化合物外，如溴夫定，前药设计也是很重要的一个方向，提高口服生物利用度和降低毒性，如阿昔洛韦的前药伐昔洛韦，喷昔洛韦的前药泛昔洛韦。

2.逆转录酶抑制剂

图五 逆转录酶抑制剂

逆转录病毒(以RNA逆转录病毒为例)在侵入细胞后，首先在逆转录酶的作用下合成RNA－DNA复合链，然后RNA链水解，合成双链DNA，在整合酶的作用下嵌入到宿主细胞的基因组中，通过宿主细胞的转录和翻译系统表达遗传信息，所以逆转录是此类病毒在细胞内增殖的第一步。

目前逆转录酶抑制剂的开发方式有三种：一、核苷酸类似物；二、核苷类似物；三、非核苷类似物。核苷或者核苷酸类似物与非核苷类似物的作用机制不同，前者会被逆转录酶当成正常的核苷酸编入DNA中，然后阻断DNA链延长，但此类药物同时也会对宿主细胞中正常的DNA合成的造成影响，所以会产生细胞毒性。后者主要作用于逆转录酶，通过和逆转录酶结合后，抑制逆转录酶活性而达到抑制作用，因此，是一种非竞争性抑制剂。

3.整合酶抑制剂

图六 整合酶抑制剂

逆转录病毒在增殖过程中需要把通过逆转录后得到的双链DNA通过整合酶嵌入到宿主细胞的基因组中，再通过宿主细胞的转录和翻译系统，实现自身的增殖，因此也是抗病毒药物设计的一个靶点，目前已批准或在研的整合酶抑制剂主要用以治疗HIV感染。

4.RNA聚合酶抑制剂

图七 RNA聚合酶抑制剂

RNA病毒感染仍然是目前危害公共健康安全的一大问题，在过去的近三十年里，制药工业在此类抗病毒药物的开发上投入了巨大的精力，而RNA依赖的RNA聚合酶(RdRps)是RNA病毒遗传物质复制和转录的关键酶，因此是最有有希望的作用靶点之一。

在众多的RNA病毒中，小核糖核酸病毒、呼吸道合胞体病毒、若干黄病毒(如HCV等)是目前危害性较大的几种致病病毒，在抗HCV方面的研究已取得了长足的进展(图七)，如索非布韦等药物，主要针对NS5B(HCV的RNA聚合酶)，对于此类抗病毒药物的开发主要分为核苷类似物(链终止剂)和非核苷类似物(RNA聚合酶抑制)，目前在研的非核苷类的NS5B抑制剂，已发现的蛋白结合位点有四个，而对应具有抑制活性的化合物就更多了，因此NS5B抑制剂的未来，很值得期待。

5.病毒蛋白酶抑制剂

图八 病毒蛋白酶抑制剂

病毒蛋白酶是很多病毒复制周期中极为重要的一种酶，它能把完成表达的多肽或者聚蛋白切割修饰，最终转变成为“有用”的蛋白。不管是结构蛋白还是非结构蛋白，都需要经历蛋白酶的修饰才能实现最终功能。目前获批的大多数蛋白酶抑制剂主要用于HIV的治疗，分为拟肽类和非拟肽类，拟肽类具有共同的羟亚乙基结构(图八)，但是会有比较多的副作用，因此催生了非拟肽类蛋白酶抑制剂(如Tipranavir)，这些HIV蛋白酶抑制剂是否具有抑制其他病毒蛋白酶的作用，仍然需要进一步的研究，因为HIV蛋白酶是天门冬氨酸蛋白酶，而疱疹病毒和HCV的蛋白酶则属于丝氨酸蛋白酶。

图九 释放抑制剂(唾液酸苷酶抑制剂)

对于病毒的组装抑制目前还没有比较好的化合物，释放抑制剂方面取得了比较好的研究结果，但也仅限于流感病毒，代表药物是Oseltamivir(图九)，其他类型病毒的释放抑制剂仍还需进一步的研究。

流感病毒(包括Ａ型和Ｂ型)采用了一种比较独特的释放方式，通过病毒表面的糖蛋白(血凝素)结合到靶细胞中一个含有唾液酸的受体上，然后病毒表面的另外一个糖蛋白(唾液酸苷酶)，切断细胞受体上的末端唾液酸，病毒粒子才能释放到细胞外，围绕这一靶点，已开发出Oseltamivir、Zanamivir等抗病毒药物。

除上述作用机制外，还有肌苷酸脱氢酶抑制剂、S-腺苷高半胱氨酸水解酶制剂等，前者是嘌呤单核苷酸生物合成过程中的关键酶，而后者则影响内甲基化过程。不同的病毒其特性可能差异会很大，因而也可能会有完全不一样的作用靶点，总之，对致病病毒的生理特征认识，是设计抗病毒药物的前提。

本文简单介绍了抗病毒药物设计的几种策略，应用最广泛的是针对病毒遗传物质复制和转录过程，虽然目前已取得了不错的效果，但是病毒的复制周期短，很容易产生耐药性，因而还需要不断的跟进研究，即使是那些已经被疫苗所“消灭”的致病病毒，如天花等，也需提高警惕，以防其变异体的大面积流行！

参考文献

1.Nature Reviews Drug Discovery, 1(1), 13-25

2.Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 37(5),527-542.

3.Biochemistry, 47(32), 8253-8260.

4.British Journal of Clinical Pharmacology, 63(5), 634-634.