新闻 Company News

抗病毒药物研发的药物化学视角(2)

发布时间:2020-05-12 08:33:27 | 来源:【药物研发团队 2020-05-12】
分享至:0

六、抗诺如病毒药物研发的药物化学视角

诺如病毒(NoV)是引起全球急性胃肠炎流行和暴发的主要病原体,NoV感染已成为危害人类健康的重要公共卫生问题。由于缺乏合适和成熟的动物筛选模型及体外细胞培养模型,导致抗NoV研究进展缓慢,目前尚缺乏针对NoV有效的抗病毒药物和疫苗。

NoV是杯状病毒科家族的一员,是一种无包膜的二十面体对称球形,是单股正链的RNA病毒。NoV的遗传基因和抗原性呈高度多样性,根据其基因特征主要分为5个不同的基因组,每一基因组包含多种基因型,同一基因型病毒又有不同的变异株。在NoV的5个基因组中,GI、GII和GIV组可感染人和其他灵长类动物,GIII和GV组分别感染猪和奶牛。其中,GII NoV造成了全球80%至90%的NoV感染,该基因组的第四基因型(GII.4)则是造成NoV感染的主要原因(约70%)。流行病学研究表明,GII.4毒株会经历周期性进化,每2~4年就有新变异株出现并流行。

NoV感染具有物种特异性,人诺如病毒(HuNoV)只感染人类并导致人类患病,而不能在小鼠或其他小型动物体内繁殖扩增,这极大地限制了抗NoV药物和疫苗评价模型的建立。

迄今为止,还没有批准用于治疗用途的抗NoV药物或疫苗,唯一完成临床试验的候选药物是硝唑尼特,它能抑制多种RNA和DNA病毒,包括呼吸道合胞病毒(RSV)、冠状病毒、轮状病毒(RV)、乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)、登革热病毒(DENV)和人类免疫缺陷病毒(HIV)等,目前被FDA批准用于治疗贾第虫和隐孢子虫。硝唑尼特已被证实在治疗NoV胃肠炎中有一定疗效,它能抑制NoV原型株诺瓦克病毒(GI.1)复制子,但其作用机制尚未完全阐明。

从药物化学视角,抗NoV药物研发可以分为作用于病毒和作用于宿主因子两个方面。作用于病毒的药物,可以从抑制病毒吸附和侵入、抑制RNA依赖性RNA聚合酶(核苷类似物、非核苷抑制剂)、抑制病毒蛋白酶等方面考虑。随着直接抗病毒药物临床应用的不断增加,耐药问题日益突出,尤其是具有低耐药屏障的非核苷抑制剂和蛋白酶抑制剂。与直接抗病毒药物比较,靶向宿主的抗病毒药物通常具有更高的耐药屏障,并且这类药物可以靶向与病毒直接相互作用或辅助病毒复制的关键蛋白,具有较好的抗病毒效力,成为治疗NoV感染的重要类型。

最近,靶向宿主的抗NoV药物去泛素化酶(DUB)抑制剂成为研究的热点。DUB是一类参与调节泛素-蛋白酶体系统的酶,该系统通常被病毒利用以进行复制,抑制DUB,可以抑制NoV复制;热休克蛋白90(Hsp90)是一种负责多种生物反应过程的蛋白质分子伴侣,是另一种抗NoV的宿主靶标。虽然一些靶向宿主蛋白的化合物具有潜在的细胞毒性,但靶向特异性宿主蛋白的治疗可提高抗病毒活性,且脱靶效应较小,已成为抗NoV领域的重要研究方向。

除以上抗NoV药物研发方向外,免疫调节剂已被广泛运用于治疗病毒感染,如干扰素、Toll样受体(TLR)激动剂等。此外,还有一些具有抗NoV活性但作用机制不明的天然化合物,如黄酮类、姜黄素类化合物等。

在疫苗研发方面,由于NoV基因多样、高度变异,且无法在体外大规模培养,NoV疫苗的研制进程缓慢,迄今为止仍无有效的疫苗上市。目前以病毒样颗粒(VLP)及P粒子为代表的NoV疫苗成为主要研究方向。

随着人们对NoV基因组结构和发病机制研究的不断深入,B细胞和肠上皮干细胞培养系统的完善,NoV受体的发现和确证,分子克隆、基因重组等新技术的快速发展,抗NoV药物研发提升到一个新的平台。而深入研究NoV特性和复制机制,完善NoV感染模型,将会是抗NoV药物研究取得实质性突破的关键。

七、抗腺病毒药物研发的药物化学视角

 腺病毒是儿童和成人急性呼吸道、胃肠道及泌尿道等部位感染的常见病原体,在免疫功能低下的人群中可引起严重甚至致死性感染,对人类的生命安全和健康造成极大的威胁。目前尚无批准上市的特异性抗腺病毒药物。

 腺病毒是一种无包膜的裂解病毒,具有独特的二十面体形态。腺病毒的生命周期主要分为吸附、侵入、转录、早期表达、复制、晚期表达、组装与释放等过程。腺病毒是一种常见的机会性病原体,在健康人中很少引起严重的临床症状,但对于艾滋病患者、遗传性免疫缺陷患者以及接受免疫抑制治疗的实体器官或造血干细胞移植的患者等免疫功能低下的人群,可引起严重的临床症状,甚至死亡。腺病毒可导致的临床疾病包括呼吸系统感染、胃肠炎、肝炎、脑炎、结膜炎、出血性膀胱炎、肾炎和免疫缺陷患者的感染性腹泻。

抗腺病毒药物的作用机制主要包括药物与腺病毒表面特定部位结合,在病毒吸附细胞的过程中,药物可能会破坏腺病毒的纤突,阻止病毒的吸附,使病毒不能进入细胞内;药物与细胞表面受体结合,改变细胞构象,使对腺病毒敏感的细胞变为非敏感细胞,从而改变细胞膜上病毒的数量和结构来控制病毒的感染;药物的某些成分进入细胞内,对胞内基因的代谢和表达起调节作用,从而抑制病毒核酸复制或阻止病毒蛋白合成。

目前,抗腺病毒新药开发面临的主要问题是如何快速发现新的先导化合物,基于高品质化合物库的高通量筛选并结合如基于片段的筛选、虚拟筛选或对筛选片段的进一步修饰优化等新理论、新方法是发现抗腺病毒先导化合物的重要途径。

对于已发现的并确定靶点的先导化合物,通过对其结合模式及构效关系的分析,采用‘’优势结构‘’导向策略,根据药物设计的基本原理如生物电子等排、骨架跃迁、分子杂合、前药修饰等来改变中心母核和侧链结构,设计合成新的衍生物,并通过系统的药代动力学、药效学和毒理学评价发现候选药物的方法,依然是抗腺病毒药物的重要研究策略。同时,还需对腺病毒感染细胞的机制进行深入研究,是否有特异性受体,腺病毒进入细胞的信号通路以及病毒与免疫之间的关系等,这些研究都将有助于指导优化临床抗腺病毒疗法及研发新的抗腺病毒药物和疫苗。

八、抗疱疹病毒药物研发的药物化学视角

疱疹病毒感染是一种传播范围广、社会危害大的疾病,发病率高达20%。现在临床上只有少数几种批准的药物可以用于疱疹病毒感染的一般治疗,并且这些药物均为DNA聚合酶抑制剂,结构类型单一,且病毒对当前的疗法已产生耐药性,因此开发新的疱疹治疗药物成为当前亟待解决的难题。

目前鉴定出的9种人类疱疹病毒均能引起人类疾病。当人体具有正常免疫功能时,疱疹病毒感染通常不会造成危及生命的疾病,只会引起口腔和生殖器疱疹、水痘和带状疱疹、婴儿皮疹和传染性单核细胞增多症等,但当人体免疫系统不成熟或受损时,疱疹就可能引起发育障碍、视力和听力丧失以及危及生命的癌症、肺炎、脑炎等疾病。

目前,从药物化学视角,抗疱疹病毒药物化学研究内容可以分为两个方面,一是对已上市药物或已报道的活性化合物进行优化;另一个方向是发现新的靶点和抑制剂。抗疱疹病毒先导化合物发现的主要途径包括筛选已有化合物、基于靶点的药物设计、基于性质的药物设计等。其中,根据已知靶点设计化合物或对已确定抗疱疹病毒药物的结构进行修饰仍是当前研究的一大热点,这使得疱疹病毒DNA聚合酶抑制剂的种类与数量不断增加,针对病毒潜伏期和针对宿主细胞的先导化合物的出现使得在病毒感染早期治疗以及开发特异性抑制剂成为可能。

在此过程中,对抗疱疹病毒先导化合物的结构优化方法也不断“推陈出新”,局部修饰、生物电子等排原理、对映体优化以及前药设计等方法都被应用于抗疱疹病毒药物的研究过程中,并取得一系列进展。

还应注意的是,疱疹病毒的生物学复杂性不仅为抗疱疹病毒药物的发现带来了挑战,同时也意味着许多机遇。因此,药物的研发需要密切结合疱疹病毒生物学研究新进展。随着对病毒生物学与靶标结构生物学的深入认识以及药物设计与筛选技术的快速发展,将为抗疱疹病毒药物的研发提供更有力的技术支撑。

九、抗肠病毒71型药物研发的药物化学视角

肠病毒属于小RNA病毒,是一类病毒的总称,包括脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、埃可病毒及新型肠病毒68-71型。肠病毒是无包膜单正链RNA小病毒颗粒,形如20面体,其外表的衣壳蛋白对乙醚和其他有机溶剂、酸和各种抗生素或去污剂有较弱的抵抗作用。

近年来肠病毒感染呈现频繁流行的态势并发展成为重要的公共健康问题。自1997年以来,肠病毒71型(EV71)感染导致的手足口病在全球持续暴发,尤其以亚太地区为重灾区,手足口病已经成为我国儿童常见的感染疾病。EV71感染还可致脑炎、脑膜炎、口腔炎、咽炎、出疹性疾病、肌病,严重者可造成死亡。目前尚无有效治疗EV71感染的药物上市。

EV71的生理周期大致分为侵入、RNA复制、蛋白质合成和病毒释放。理论上,病毒的每一个生理周期都可以作为设计抗EV71 药物的靶点,但目前的研究主要集中在病毒侵入抑制剂(如衣壳蛋白抑制剂、细胞表面受体抑制剂等)、病毒RNA复制抑制剂(如黄酮类化合物、异黄酮类化合物、吡唑并吡啶类化合物等)、蛋白质合成抑制剂(如蛋白酶2A抑制剂、蛋白酶3C抑制剂等)、2B蛋白抑制剂与疫苗等方面。

从药物化学视角,通过高通量筛选依然是发现抗EV71 先导化合物的主要手段之一,筛选出的先导化合物可通过“骨架跃迁”、“基团添加或替换”等策略进一步优化以提高其活性和ADMET性质。随着对EV71 认识的不断深入,以及对EV71 蛋白晶体结构的解析、对EV71 生命周期模式理解的不断加强,基于EV71 蛋白晶体结构进行合理的药物设计、基于片段的药物设计策略将应用于抗EV71 药物的研发。同时,随着病毒突变株的出现,病毒的耐药性不断增强,为了提高化合物的抗病毒活性,可将研究的重点放在发现多靶点、多位点协同的抗病毒药物研发上。除此之外,还可以从蛋白质组学水平发现新靶点,并在此基础上筛选新的先导化合物,提高化合物对病毒突变株的活性。总之,要在现有药物化学策略和方法的基础上进一步探索新策略、新方法、新靶点,以此促进抗EV71药物的发现。

十、抗登热病毒药物研发的药物化学视角

登革热是由埃及伊蚊和白纹伊蚊传播的一种虫媒病毒的疾病。登革病毒(DENV)感染能引发登革热、登革出血热和登革休克综合征等多种症状。迄今为止,尚无治疗登革病毒感染的特异性药物上市。

登革病毒血清型1~4 (DENV-1~4)属于黄病毒科,是一组包膜RNA病毒。黄病毒科是由节肢动物传播的疾病病原体组成,如黄热病病毒(YFV)、日本脑炎病毒(JEV)、西尼罗河病毒(WNV)和DENV。许多黄病毒科病毒是常见的人类致病源,具有发病率和死亡率高的特点。

DENV感染的复制机制分为病原E蛋白与细胞表面受体结合、病毒通过内吞作用进入宿主细胞、病毒包膜与内体膜的融合、病毒RNA释放到细胞质中、病毒RNA基因组被翻译成多蛋白、RNA复制、病毒在内质网上组装形成不成熟的病毒粒子以及病毒粒子从高尔基体离开细胞。

DENV感染宿主细胞首先是病毒E蛋白与细胞表面受体的结合,目前已发现多种细胞表面分子可以作为DENV的感染受体,如氨基多糖、甘露糖受体、蛋白聚糖等。然后,DENV在宿主细胞受体和病毒粒子的包膜(E)蛋白的相互作用下,通过受体介导的内吞作用进入细胞,之后病毒在核内体中仍保持完整,直到细胞环境变为酸性,pH的降低使病毒包膜与释放核衣壳的内体膜发生融合,随后核衣壳被脱衣从而把病毒基因组释放到细胞质中,这时病毒基因组发挥信使RNA的作用,并被病毒和细胞蛋白酶翻译成多蛋白,然后非结构蛋白复制病毒RNA,并在内质网上发生病毒的组装,在内质网中衣壳蛋白包裹着新合成的病毒RNA,形成不成熟的病毒颗粒,最后这些颗粒通过胞吐作用到达高尔基体,并从高尔基体离开细胞。

登革病毒与肝炎病毒是同科不同属病毒,两者在结构上有很大的相似性,因此基于抗肝炎病毒药物研发的经验,可以将病毒多聚酶(如NS5蛋白的多聚酶靶点等)和蛋白酶(如NS3蛋白酶、NS2B-NS3蛋白酶、NS4B蛋白酶等)作为抗登革病毒药物研发的重要靶点。同时,应注重病毒侵入抑制剂(如以E糖蛋白的茎域为靶点的侵入抑制剂、以E糖蛋白的疏水囊为靶点的侵入抑制剂、以受体结合域III为靶点的侵入抑制剂等)、DENV衣壳蛋白抑制剂、病毒复制相关宿主因子抑制剂等的研发。

从药物化学视角,现有DENV抑制剂的研发策略主要有3种:第一种是基于酶靶标的高通量筛选,病毒多聚酶和病毒蛋白酶是抗DENV药物研发的重要靶标,通过基于病毒多聚酶和蛋白酶的高通量筛选,可以获得高活性化合物。第二种是基于表型的高通量筛选,由于DENV感染过程复杂,导致很多酶水平表现出高活性的化合物在进一步进行细胞实验或动物实验时没有理想的效果,而基于表型的高通量筛选,不仅能更加有效地寻找对病毒感染过程确切有效且结构新颖的化合物,还有希望获得新的作用靶点。第三种是从已知的抗乙肝病毒药物中寻找抗DENV药物。

现有的登革病毒抑制剂存在一些缺点,如蛋白酶虽然在维持病毒的活性方面起着关键的作用,但蛋白酶抑制剂容易诱导耐药性病毒株的产生;很多病毒多聚酶抑制剂的活性不够高,且有较多毒副作用;病毒侵入抑制剂尽管可在体外能够表现出一定的抗登革病毒活性,但缺乏一些有效的体内抗病毒效果评估或体内抗病毒效果不佳,很难应用于登革病毒感染的临床治疗。总之,发现新一代登革病毒抑制剂依然是未来抗病毒药物研发的热点。

——摘编自药学学报,2020年4月,55(4),抗病毒药物化学研究进展专刊。


本文综合整理自南昌弘益药业研发团队。欢迎转发,禁止转载。转载授权请联系0791-88161315。




版权所有© 南昌弘益科技有限公司      网站技术支持:云端科技

赣ICP备15005709号     互联网药品信息服务资格证书编号:(赣)-非经营性-2017-0007

友情链接:︱ 国家食品药品监督管理局 ︱ 国家科技部网站  ︱ 国家食品药品监督管理局药品审评中心 ︱ 江西省食品药品监督管理局 ︱ 中国生物技术发展中心


赣公网安备 36010902000143号