抗流感药物研究趋势

抗流感药物研究趋势 张志豪 流行性感冒简称流感,是人类还不能完全有效控制的世界性传染病,与疟疾、结核病并列为世界死亡人数最多的三种传染病。世界性流感首次大流行是在1889年-1890年,最先发现于俄国中亚的布哈拉(今乌兹别克),先传到彼得堡,再传到西欧,一年内席卷全球。德国某些城市发病率达40%-50%。 1957年甲2型流感大流行。当年2月流行于中国贵州西部,3月传播全国, 4月从香港出境扩散于世界,共死亡几十万人。流行地区发病率约50%,病死率0.01%。 1968年甲3型流感大流行。国外认为7月发源于香港,7月-8月流行于中国大部分地区,其后播散于世界。发病率30%,病死率与1957年相近,仅法国就死了4万人。医疗条件最好的美国,1934年-1966年32年间流感死亡数亦达51.2万人,平均每年1.6万人。 流感病毒是一种RNA病毒,属于正粘病毒科(Orthomyxoviridae family)流感病毒属(Influenza virus)。根据流感病毒核蛋白(Nucleoprotein, NP)和基质蛋白(Matrix protein, MP)的抗原性不同可以将其分为A、B、C三型。流感病毒A型和B型属于流感病毒属,而流感病毒C型属于流感病毒C属。A型流感病毒能感染多种动物,包括人、禽、猪、马等,存在禽类的流感病毒又称为禽流感病毒(Avian Influenza Virus, AIV),因此所有的禽流感病毒都属于A型流感病毒;B型和C型则主要感染人,从猪中也曾分离到。 流感病毒根据其表面纤突血凝素(Hemagglutinin, HA)和神经氨酸酶(Neuraminidase, NA)抗原的不同,又可以分为不同亚型。 流感病毒中重要的结构蛋白有以下几种: 1.镶嵌在病毒囊膜表面的血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)。这两种糖蛋白与流感病毒结合宿主细胞,感染宿主细胞有关。 2.同样镶嵌于病毒囊膜上的少量的M2蛋白,这是一种PH依赖的质子通道,与宿主细胞中流感病毒遗传物质的释放息息相关。 3.位于囊膜之下,基质层中的M1蛋白。 4.核糖核蛋白符合体中,与负链RNA相结合的核蛋白NP和3种聚合酶PB2、PB1、PA。 这几种蛋白与流感病毒的复制,蛋白质的转录和翻译有着密切关系。 我们要设计有效的抗流感病毒药物,就要从这几类蛋白着手,了解其结构与功能,挖掘其潜在的抗病毒位点。 1865年巴斯德认识到他称之为“病毒”的微生物是传染病的病因。另一位德国细菌学家保罗·埃尔利希,杜撰了“魔术弹”这一短语用于描述他自己的伟大目标——发明特定药物来杀死引起特定疾病的细菌但不杀死患者。1910年埃尔利希发明了非那明,这是最初治疗梅毒的特效药,但副作用也十分可怕。 而后,1932年另一位德国化学家吉哈德·多玛克,发明了基于硫元素的化合物,它能杀灭引起血中毒的致命链球菌。在之后十年中,医生们能够从一大批新“磺胺”制剂中进行选择,足以对付很大范围的感染,从产褥热、肺炎直到淋病、脑膜炎。一次令人惊奇的偶然,盘尼西林出现了。1920年代,苏格兰细菌学家亚历山大·弗莱明发现葡萄球菌被培养皿上的一块霉菌所摧毁——这次偶然 事件导致了20年后有奇迹般功效的抗生素类药物的发展以及医疗业的一场革命。 现在已经开发出的抗流感病毒药物可以大致分为两类,一类以病毒表面的糖蛋白神经氨酸酶为药物靶点,一类以质子通道M2蛋白为药物靶点。我们下面就来了解一下这些已投入临床使用的抗流感病毒药物。 针对神经氨酸酶的药物有两种,奥司他韦(oseltamivir,达菲)和扎那米韦(zanamivir)。这两种药物对流感病毒A和流感病毒B均有效。 奥司他韦,化学名称为(3R,4R,5S)-4-乙酰胺-5-氨基-3(1-乙基丙氧基)-1-环己烯-1-羧酸乙酯,目前市场上销售的罗氏制药独家生产的抗流感药物达菲,实际上就是磷酸奥司他韦(Oseltamivirphosphate)。口服后经肝脏和肠道酯酶迅速催化转化为其活性代谢物奥司他韦羧酸,奥司他韦羧酸的构型与神经氨酸的过渡态相似,能够竞争性地与流感病毒神经氨酸酶(NA)的活动位点结合,因而是一种强效的高选择性的流感病毒NA抑制剂(NAIs),它主要通过干扰病毒从被感染的宿主细胞中释放,从而减少甲型或乙型流感病毒的传播。达菲于1999年被美国FDA批准上市,在中国已于2004年7月上市。研究证实该药也对H5N1禽流感病毒有效。对当前的猪流感病毒也有效力。 扎那米韦,化学名为:5-乙酰氨基-4-[(氨基亚氨基甲基)-氨基]-2,6-氢-3,4,5-三去氧-D-丙三醇基-D-半乳糖-2-烯醇酸。美国FDA于1999年8月批准用于治疗A型和B型流感。通过抑制流感病毒的神经氨酸酶,从而改变了流感病毒在感染细胞内的聚集和释放。 离子通道M2阻滞剂:有金刚脘胺(amantadine)和金刚乙胺(rimantadine)两种。这两种药物都是针对流感病毒A的药物。其作用机理都是通过与M2蛋白结合,阻遏M2质子通道,使宿主细胞中的流感病毒不能释放出衣壳中的遗传物质,因此病毒不能在受感染的细胞中复制,也不能转录翻译病毒蛋白。其中金刚脘胺1966年就被美国FDA批准用作亚洲流感预防剂。不久被批准用于治疗由A 型流感病毒引起的流行性感冒。金刚乙胺于1994年被FDA批准使用。 对于以上已有的四种抗流感病毒药物,存在着以下的问题,使新药物的开发需求依然紧迫。1、抗药性的产生。流感病毒基因组变异率是很高的,随着已有的抗流感病毒药物的大量使用,甚至是滥用,针对这些药物有抗药性的病毒株所占的比例越来越大。特别是对金刚烷胺,金刚乙胺有抗药性的病毒所占比例持续攀升。美国疾病预防控制中心对采集于2005年到2006年的A型H3N2亚型, H1N1亚型流感病毒株的抗药性研究显示,美国本土96.4% (n=761)的A(H3N2)病毒有金刚烷胺抗性,而在一些亚洲国家,几乎100%的A(H3N2)病毒有金刚烷胺抗性。全世界有15.5%的H1N1对金刚烷胺有抗性[1]。而在中国,对金刚烷胺有抗性的H1N1病毒株比例达71.7%(33/46)。而香港大学于2006年统计亚洲一些国家和地区的禽流感病毒H5N1对金刚烷胺和金刚乙胺的抗药性,结果显示,95%的采自越南和中国台湾地区的H5N1病毒有抗药性[2]。以前,我们一直认为流感病毒很难对奥司他韦和扎那米韦产生抗药性。然而,近年来,世界各地的研究人员陆续发现了对奥司他韦产生了抗性的H1N1、H5N1、H3N2及B型流感病毒[3]。 2、现有的抗流感病毒药物的副作用。 以上四种抗流感病毒药物都对神经系统有一定不良影响。 3、药物供不应求。 由于普遍存在的流感病毒对金刚烷胺和金刚乙胺的抗药性,又由于人体对扎那米韦的吸收能力相对较弱,所以达菲成为了当前唯一最为理想的抗流感病毒药 物。随着禽流感、猪流感疫情的爆发,各国各地都开始囤积达菲,致使药物货源短缺,供不应求。 由于以上原因,全球许多实验室一直在努力致力于新的抗流感病毒药物的研发。而现在最热门的方向是研究如何以流感病毒中的另一类蛋白,即组成流感病毒RNA聚合酶复合体(Influenza virus RNA polymerase complex)的3种蛋白PB2、PB1、PA为药物靶点,设计出新的有效的药物。 科研人员们之所以瞄准了这个蛋白复合体,有以下几方面的原因。(1)、这个聚合酶复合体是病毒RNA复制、转录翻译所必须的。(2)、功能多样,可选靶点多。这个聚合酶复合体的功能涉及病毒RNA复制,病毒蛋白质表达过程中的与带帽RNA结合、核酸内切、RNA指导的转录等多方面。我们只要阻断其中任一步骤,就能起到抑制流感病毒的作用。(3)组成流感病毒RNA聚合酶在流感病毒A、B、C中高度保守,但在哺乳动物细胞中却没有同源蛋白。有研究表明,一种小分子化合物L-742,001对流感病毒RNA聚合酶有很好的抑制作用。(4) L-742,001的作用靶点是PA蛋白,这个蛋白在RNA聚合酶复合体中的作用还不是很明确。不过已经有研究证实了它在病毒RNA复制,转录中都有一定的功能。L-742,001对流感病毒PA mRNA、 PA vRNA的合成有抑制作用。同时,L-742,001对流感病毒NP mRNA、NP vRNA的合成也有相同的作用。而且L-742,001还能有效阻止药物被移除后流感病毒的再生。与之对照,现有的流感病毒药物扎那米韦在被移除后,我们就会很容易观察到病毒的快速再生。对抗菌剂来说,药物被移除后对细菌再生的抑制被称作抗生素后效应(post-antibiotic effect ,PAE)。它与药物代谢动力学都是决定临床用药方案的重要因素。研究人员认为,抗病毒药物的这种抗病毒再生能力同样重要。此外,L-742,001的另一个优点是,即使有些病毒对L-742,001有抗性,但抵抗能力很弱。对NA抑制剂有抗性的病毒对药物扎那米韦、奥司他韦的抵抗能力是病毒对L-742,001的抵抗能力的100,000倍。这一结果就说明,即使是在抗L-742,001的病毒株中,L-742,001的抗病毒活性下降也很小,依然有一定的抗病毒作用。综上所述,L-742,001是一个很有潜力的候选药物。 流感病毒转录的起始需要一个带帽的RNA引物。具体来说这一机制涉及到以下步骤:流感病毒RNA聚合酶特异性地与感染细胞细胞核中的带帽mRNA前体结合;聚合酶在帽结构下游10-15个核苷酸的位点处内切这一带帽mRNA前体;以得到的带帽寡聚核苷酸作为病毒RNA转录的引物。这给了我们这样一个启示,如果我们能找到一种物质,这种物质是RNA帽状结构的类似物,能竞争性地与聚合酶结合,但不能作为引物起始病毒RNA转录,那么,我们就可以抑制病毒蛋白的表达,从而达到抗病毒的目的了。有日本科学家就针对这个想法展开了研究(5),并设计出了一个能抑制聚合酶与帽结合的小分子化合物RO0794238(见图六)。这个化合物与聚合酶的结合能力比带帽mRNA前体高,能选择性地降低病毒蛋白质的表达量,但是对于宿主细胞DNA的转录翻译影响却很小。 以上就是现阶段抗流感病毒新药研发的新动向。虽然世界各个实验室对流感病毒RNA聚合酶展开的研究还是很多的,但由于药物的研发确实是一个复杂严谨,周期漫长的过程,所以至今我们还没有看到针对这一聚合酶的新药物的问世。