HIV蛋白酶抑制劑的設(shè)計(jì)

1、 主講人： introduction The pathogenesis of AIDS HIV-PR inhibitors biological function Research and development 艾滋病，即獲得性免疫缺陷綜合征 （Acquired Immune Deficiency SyndromeAcquired Immune Deficiency Syndrome， AIDSAIDS），是人類因?yàn)楦腥救祟惷庖呷毕莶《?（Human Immunodeficiency VirusHuman Immunodeficiency Virus，HIVHIV）后 導(dǎo)致免疫缺陷，并發(fā)一系

2、列機(jī)會(huì)性感染及腫瘤， 嚴(yán)重者可導(dǎo)致死亡的綜合征。 目前，艾滋病已成為嚴(yán)重威脅世界人民健 康的公共衛(wèi)生問題。1983年，人類首次發(fā)現(xiàn) HIV。目前，艾滋病已經(jīng)從一種致死性疾病變 為一種可控的慢性病。 現(xiàn)HIV分為HIV-1和HIV-2，主要流行的 為HIV-1。HIV-1為直徑約100120nm球形 顆粒，由核心和包膜兩部分組成。核心包括 兩條單股RNA鏈、核心結(jié)構(gòu)蛋白和病毒復(fù)制 所必須的酶類，含有逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋 白酶。 HIV含群抗原基因（gag）、聚合酶基因 （pol）和包膜基因（env）等結(jié)構(gòu)基因。 艾滋病毒的出芽繁殖產(chǎn)生包膜艾滋病毒的出芽繁殖產(chǎn)生包膜 HIV作用的靶細(xì)胞是CD4+T

3、細(xì)胞， 巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞。其致病機(jī)理 概括來說就是通過病毒顆粒的不斷 復(fù)制而造成CD4+T細(xì)胞的大量破壞， 從而破壞免疫平衡造成免疫缺陷， 從而引起機(jī)會(huì)感染和惡性腫瘤的發(fā) 生。 1.原發(fā)感染 HIV需借助于易感細(xì)胞表面的受體進(jìn)入細(xì)胞，包 括第一受體和第二受體。HIV進(jìn)入人體后，在 2448小時(shí)內(nèi)到達(dá)局部淋巴結(jié)，約5天左右在 外周血中可以檢測(cè)到病毒成份。繼而產(chǎn)生病毒 血癥，導(dǎo)致急性感染。 2.HIV在人體細(xì)胞內(nèi)的感染過程 吸附及穿入：HIV-1感染人體后，選擇性的吸附 于靶細(xì)胞的CD4受體上，在輔助受體的幫助下 進(jìn)入宿主細(xì)胞。經(jīng)環(huán)化及整合、轉(zhuǎn)錄及翻譯、 裝配、成熟及出芽，形成成熟的病毒顆粒。

4、抗HIV免疫反應(yīng)包括特異性免疫和非特異 性免疫反應(yīng)，以特異性免疫反應(yīng)為主。包括特 異性體液免疫和特異性細(xì)胞免疫，人體免疫系 統(tǒng)主要通過針對(duì)HIV蛋白的各種特異性抗體、 特異性CD4+ T淋巴細(xì)胞免疫反應(yīng)和CTL直接或 分泌各種細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子,干擾素等)， 抑制病毒復(fù)制。 1.CD 4+ T淋巴細(xì)胞數(shù)量減少 急性感染期 潛伏期 有病狀期 2.CD4+ T淋巴細(xì)胞功能障礙 主要表現(xiàn)為T輔助細(xì)胞1(Th1)細(xì)胞被T輔 助細(xì)胞2(Th2)細(xì)胞代替、抗原遞呈細(xì)胞 功能受損、白細(xì)胞介素-2產(chǎn)生減少和對(duì) 抗原反應(yīng)活化能力喪失，使HIV/AIDS病 人易發(fā)生各種感染。 3.異常免疫激活 HIV感染后

5、，CD4+、CD8+ T淋巴細(xì)胞 表達(dá)CD69、 CD38和HLA-DR等免疫激 活標(biāo)志物水平異常的升高。 4.免疫能力缺陷 免疫能力缺陷引起機(jī)會(huì)感染和惡性腫瘤 的發(fā)生。 HIV-1蛋白酶晶體的三維結(jié)構(gòu)是一個(gè)對(duì)稱的 同質(zhì)二聚體, 每一條肽鏈由99個(gè)氨基酸組 成, 單體相對(duì)分子質(zhì)量約為12000, 每條 單體都含有特異的口片層、轉(zhuǎn)角及伸展 的多肽鏈結(jié)構(gòu)。2個(gè)柔軟的富含甘氨酸的 口發(fā)卡結(jié)構(gòu)和2個(gè)天冬氨酸一蘇氨酸一甘 氨酸一一片段構(gòu)成了其活性中心。 HIV蛋白酶晶體結(jié)構(gòu) HIV-1蛋白酶屬于天冬氨酸蛋白酶，在病毒 復(fù)制過程中主要作用是將gag和gag-pol 基因產(chǎn)物裂解成病毒成熟所需要的結(jié)構(gòu) 蛋白

6、（基質(zhì)、殼、核殼）和酶類（蛋白 酶、整合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶）。 HIV蛋白酶抑制劑抑制該酶的活性，使HIV 不能進(jìn)一步的成熟和復(fù)制，使病毒不能 正常裝配，同時(shí)使其失去侵染能力，故 HIV蛋白酶特異性抑制劑是治療艾滋病的 重要途徑。 擬肽類蛋白抑制劑擬肽類蛋白抑制劑 沙奎那韋、茚地那韋、利托那韋等沙奎那韋、茚地那韋、利托那韋等 缺點(diǎn)：口服性不好，耐藥性差缺點(diǎn)：口服性不好，耐藥性差 非肽類蛋白抑制劑非肽類蛋白抑制劑 二氫吡喃酮類二氫吡喃酮類 環(huán)脲類環(huán)脲類 計(jì)算機(jī)藥物輔助設(shè)計(jì)兩個(gè)重要的研 究對(duì)象就是受體和配體，本質(zhì)是受體與 配體結(jié)合，在氫鍵，C.H等一系列作用 力進(jìn)行相互作用下，考慮受體、配體的 理化性質(zhì)

7、，藥物在體內(nèi)代謝等，利用一 系列軟件和計(jì)算和打分工具，對(duì)于取代 官能團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換和修飾，最終獲得 最優(yōu)修飾構(gòu)象及最低能量的藥物分子。 三維結(jié)構(gòu)搜尋 利用計(jì)算機(jī)人工智能的模擬技術(shù)，把三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) 中的小分子數(shù)據(jù)逐一與搜尋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配比較，尋找 符合特定性質(zhì)和三維結(jié)構(gòu)形狀的命中結(jié)構(gòu) 分子對(duì)接 受體和配體間通過能量匹配和空間匹配而相互識(shí)別形成 分子復(fù)合物，并預(yù)測(cè)復(fù)合物結(jié)構(gòu) 匹配計(jì)算 篩選、修飾 最優(yōu)結(jié)構(gòu) 計(jì)算受體與藥物相互作用能量，分子動(dòng)力學(xué)模擬 計(jì)算機(jī)體外試驗(yàn)篩選，修飾官能團(tuán)取代基 能量最低，作用強(qiáng)，與受體匹配度高 HIV蛋白酶的底物是肽。底物蛋白的肽鍵在水解過 程中，一個(gè)水分子被天冬氨酰殘基

8、的羧基所極化，水 分子中的氧原子親核攻擊將要斷裂的酰胺鍵的羰基， 產(chǎn)生一個(gè)四面體型過渡中間體，然后分裂形成氨基和 羧基化合物。 如果將短肽底物中能被HIV蛋白酶加工分裂的肽 鍵用不可裂解的電子等排物替代，同時(shí)考慮到藥物的 在體內(nèi)的傳輸、吸收和代謝的生物功能，對(duì)于某些取 代官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，可以獲得一些類肽類的HIV 蛋白酶抑制劑。當(dāng)這些抑制劑與HIV蛋白酶結(jié)合后，可 以使HIV蛋白酶的柔性區(qū)關(guān)閉，于是可以抑制HIV蛋白 酶的活性。 基本思路：以肽類抑制劑二醇為先導(dǎo)化合 物，其與HIV-PR復(fù)合物結(jié)合過程中存在 4配位的水分子，水分子的配位在能量上 有利，并與抑制劑的抑制活性有關(guān)，利 用計(jì)算

9、機(jī)3D結(jié)構(gòu)搜索方法，將線性的肽 類抑制劑改變成剛性的環(huán)狀非肽結(jié)構(gòu)， 同時(shí)引入模擬水分子的結(jié)構(gòu)部分和親脂 性的部分，以能與酶結(jié)合。 1.用距離幾何法從抑制劑-HIV-PR復(fù)合物 晶體結(jié)構(gòu)得到抑制劑二醇的藥效集團(tuán)模型 和3D幾何搜尋詢問條件； 2.搜尋得到命中目標(biāo)三聯(lián)苯類化合物 3.化合物的修飾和篩選：將中央苯環(huán)改為 環(huán)脲結(jié)構(gòu) 4.對(duì)化合物進(jìn)行分子模擬，得到最佳的立 體構(gòu)型和構(gòu)象 1.蛋白酶單體的二聚化抑制劑 HIV蛋白酶是由兩條相同的肽鏈組成同質(zhì) 二聚體,兩個(gè)單體的二聚化對(duì)于具有催化 作用的位點(diǎn)的生成具有決定性的作用,因 此抑制單體的二聚化可以阻止蛋白酶生 成。 2.蛋白酶雜二聚體的研究 通過設(shè)計(jì)有缺陷的蛋白酶單體如用其他氨 基酸取代蛋白酶中的Asp-25、Ile-49、 Gly-50等，使這些有缺陷的蛋白酶單體 與HIV 蛋白酶形成雜二聚體來抑制HIV 蛋白酶的活性也是一個(gè)新的研究方向。 【1】楊勤剛，何煦昌，白東.HIV 蛋白酶抑制劑研究進(jìn) 展J.藥學(xué)學(xué)報(bào)，2005，40(5)，389-394 【2】陳建忠.HIV-1蛋白酶與抑制劑相互作用的理論計(jì)算 研究J.山東師范大學(xué)博士學(xué)位論文. 【3】劉建建，劉新永.HIV-1蛋白酶抑制劑分子