HIV蛋白酶抑制剂研究进展
【文献标识码】 A【文章编号】 1609-6614(2003)14-1317-02
获得性免疫缺陷综合征，又称艾滋病(AIDS)，是由一种被称为人类免疫缺陷病毒(HIV)感染所引起的，位于T淋巴细胞上的CD 4分子是病毒的受体。HIV蛋白酶是HIV产生的，这类蛋白酶专门负责病毒及其酶的前体清除工作，正是在这种酶的作用下产生了成熟的、易感染的病毒。在寻找治疗艾滋病的方法中，HIV蛋白酶抑制剂以其花费低廉、研制周期短、与目前生产水平接近以及较HIV疫苗安全等特点，在抗病毒的化学治疗中，越来越引起人们的注意，它是近年来治疗艾滋病的方法中发展较快的方法之一。现对其研究进展综述如下。
1 HIV蛋白酶
HIV在复制过程中编码2种多聚蛋白p55和p60，这两种蛋白前体在HIV pol基因编码蛋白酶(protease，PR)作用下分别裂解成具有结构蛋白活性和病毒特异性的酶。HIV PR的特异性裂解活性对该病毒复制周期正常运转和病毒毒粒成熟至关重要 [1，2] ，是病毒复制必需的酶，可以作为抗HIV的药物靶点 [3] 。
, http://www.100md.com
蛋白酶根据其作用机制不同分为4种:丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金属蛋白酶和天冬氨酰基蛋白酶。HIV蛋白酶属于天冬氨酰基蛋白酶，它有天冬氨酰基蛋白酶共有的DTG活性序列。HIV蛋白酶是由含99个氨基酸的多肽链形成的C 2 对称的均二聚体，诸如血管紧张肽原酶(renin)等其它天冬氨酰基蛋白酶类的研究大大促进了HIV蛋白酶抑制剂的设计和筛选进程 [2，3] ，迄今为止，不仅获得了一系列具有一定疗效的化学合成产物，而且筛选到许多具有抗HIV蛋白酶活性的天然产物。
2 HIV蛋白酶抑制剂
2.1 天然产物
2.1.1 浅蓝菌素 抗肿瘤的浅蓝菌素抗生素有抗逆转录病毒活性。它们含有环氧基部分，环氧基通过酰化作用作用于催化活性中心的天冬氨酰残基而降低酶的活性，虽然浅蓝菌素有细胞毒性，但已合成的几种衍生物表现出较它低的毒性。
, 百拇医药
2.1.2 锌 美洲铜斑蛇的毒液中发现的HIV蛋白酶抑制剂含有Zn 2+ 。已有的工作表明，Zn 2+ 直接与2个羧基络合，或与适当距离上带相反电荷的部分键合而发挥抑制作用。
2.1.3 利用体外药物模型筛选天然产物 利用体外药物模型筛选天然产物一直是药物或其前导物的主要来源。体外筛选一般以短肽为底物作酶促反应，然后根据底物的有无标记和标记物的特点分别进行HPLC、放射性、荧光分析或ELISA检测。根据这些方法，人们从不同来源得到一些有抑制HIV蛋白酶活性的物质。
瑞士CIBA-GEIGY公司从放线菌DSM7357中不仅得到了一系列季酮酸类新化合物，而且还证明了从中获得的另一已知化合物抗霉素也同样具有抑制HIV蛋白酶的作用 [4] 。很有规律性的是，目前从链霉菌中分离得到的活性 化合物都为肽类;Helynck等从链霉菌SP9440发酵液中发现一种具有21个氨基酸的环肽PR71955 [5] ;Stefanelli小组研究人员从链霉菌SP ATCC55925发酵液中得到2个四肽衍生物GE20372A、B [6] 。又有报道，应用ELISA检测方法发现了40多种中药具有抑制HIV蛋白酶的作用 [7] 。由此可见，从天然产物中筛选抗HIV蛋白酶药物是很有希望的。
, 百拇医药
2.2 以底物为基础设计的HIV蛋白酶抑制剂 HIV蛋白酶对底物水解过程存在一种过渡态化学反应机制;一个水分子被活性中心的一个天冬氨酰残基的羧基去质子化，然后水分子产生的羟基与底物肽键断裂处的羧基形成四面体过渡态中间物。该中
间物被活性中心的另一天冬氨酰残基暂时稳定，接着四面体过渡态裂解成反应产物。许多实验室将特定的短肽底物中能被HIV蛋白酶裂解的肽键用不可裂解的电子等排物取代，从而得到了一系列的过渡态抑制剂。
2.2.1 还原酰胺 自从还原酰胺电子等排物[CH 2 NH]表明对凝乳酶有抑制作用后，已证实这些电子等排物对HIV蛋白酶亦可作为抑制剂。但这些还原酰胺仅是弱的抑制剂。
2.2.2 次磷酸酯 现已实现四面体的次磷酸电子等排物[PO(OH)CH 2 ]嵌入到蛋白酶底物中，次磷酸电子等排物表现出很好的酶抑制作用。
, 百拇医药
2.2.3 α，α-二氟酮 通过以非水解的二氟酮取代HIV蛋白酶底物中易水解的酰胺键，过渡态结构得以模拟，是一个良好的抑制剂。
2.2.4 羟基乙基电子等排物 这类抑制物中含有一因取代酰胺键而加入的非水解的羟基乙基电子等排物[CH(OH)CH 2 ]，其4位上的羟基的立体化学构象对其抑制作用有很大影响，4S对映体的抑制作用比4R高出80倍左右。
2.2.5 羟基乙基胺电子等排物 血管紧张肽原酶的有效抑制作用取决于羟基乙基胺部分，这为HIV蛋白酶抑制剂的设计提供了一个强有力的方案。所有的过渡态抑制剂的生物利用度都较差，这可能与其肽类的性质稳定性差、代谢快有关。
2.3 依据HIV蛋白酶的四级结构设计的抑制剂 通过X-衍射，人们积累了许多有关HIV蛋白酶的空间结构资料。另外，计算机辅助分子模型分析及其有机分子立体结构库的应用，使得构效关系研究及利用HIV蛋白酶空间结构设计抑制剂的研究发展的非常迅速。
, http://www.100md.com
2.3.1 对称型抑制剂 HIV蛋白酶是一个C 2 对称的二聚体，据此可以设计合成新的抑制剂，具体设计思路为:确定底物断裂位置的四面体中间物处为C 2 对称轴;任意删去底物C-末端;以剩下的N-末端做二重旋转。根据构效关系和溶解性等因素，Kempf等已合成了一系列的该类化合物，其中A-77003水溶性最好，有可能成为静脉注射用药，现已进行临床试验;而ABT-538已获美国FDA批准。
2.3.2 二聚化抑制剂 既然HIV蛋白酶必须二聚化才能有活性，故只要能阻止其二聚化或使二聚体解聚即可达到抑制HIV蛋白酶的作用。X-衍射结构分析揭示，HIV蛋白酶二聚体内表面存在着分别由C-末端和N-末端两段短肽通过氢键形成的β片层结构。于是，研究人员设计了含有HIV蛋白酶C-末端和(或)N-末端的该类短肽的多肽，试图通过该多肽化合物与相应的HIV蛋白酶内的短肽作用而使亚基解聚，从而抑制HIV蛋白酶。
2.3.3 环脲抑制剂 Lam等利用环脲的羰基氧原子模拟HIV蛋白酶二聚体活性中心的结构水分子，合成了一系列的环脲抑制剂。该抑制剂引入脲基，不但加强了水溶性，而且具有较高的选择性。此外，它们还有分子量低、生物利用度好等优点。
, 百拇医药
自1988年Kohl等的实验证明HIV蛋白酶是HIV感染和复制的必需酶，可以作为抗AIDS药物的靶点以来，人们已合成和筛选到近百种有抗病毒活性的化合物。随着HIV蛋白酶抑制剂的不断开发并进入临床应用，必将为人类战胜HIV起重要作用。
参考文献
1 Debouck C.The HIV-1protease as therapeutic target for AIDS.AIDS Res Hum Retrouiruses，1992，8:153.
2 Martin J.Recent advances in the design of HIV proteinase inhibitors.Antiviral Res，1992，17:265.
3 Kohl NE，Emini Schlief WA.Active human immunodeficiency virus proˉtease in required for viral infectivity.Proc Natl Acod Sci USA，1988，85:4686.
, http://www.100md.com
4 Roggo BE，Petersen F，Delmndo R，et al.3-Alkanoyl-5-hydroxˉymethyl tetronic acid homologues and resistomycin:new inhibitors of HIV-1protease.Fermentation，isolation and biological activity.J Anˉtibiot，1994，47:136.
5 Helynck G，Dubertret C，Mayaux JF，et al.Isolation of PR71955，a new anti-HIV-1peptide secondary metabolite.J Antibiot，1993，46:1756.
6 Stefanelli S，Cavaletti L，Sarubbi E，et al.New HIV-1Protease inˉhibitors，produced by Streptomyces sp.ATCC55925.J Antibiot，1995，48:332.
7 Chang LJ，Chen YM.HIV10years later-Where do we stand now?J Biomned Sci，1995，2:1.
作者单位: 250013 山东省济南市中心医院
(编 辑 罗彬), 百拇医药(张芳)
获得性免疫缺陷综合征，又称艾滋病(AIDS)，是由一种被称为人类免疫缺陷病毒(HIV)感染所引起的，位于T淋巴细胞上的CD 4分子是病毒的受体。HIV蛋白酶是HIV产生的，这类蛋白酶专门负责病毒及其酶的前体清除工作，正是在这种酶的作用下产生了成熟的、易感染的病毒。在寻找治疗艾滋病的方法中，HIV蛋白酶抑制剂以其花费低廉、研制周期短、与目前生产水平接近以及较HIV疫苗安全等特点，在抗病毒的化学治疗中，越来越引起人们的注意，它是近年来治疗艾滋病的方法中发展较快的方法之一。现对其研究进展综述如下。
1 HIV蛋白酶
HIV在复制过程中编码2种多聚蛋白p55和p60，这两种蛋白前体在HIV pol基因编码蛋白酶(protease，PR)作用下分别裂解成具有结构蛋白活性和病毒特异性的酶。HIV PR的特异性裂解活性对该病毒复制周期正常运转和病毒毒粒成熟至关重要 [1，2] ，是病毒复制必需的酶，可以作为抗HIV的药物靶点 [3] 。
, http://www.100md.com
蛋白酶根据其作用机制不同分为4种:丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金属蛋白酶和天冬氨酰基蛋白酶。HIV蛋白酶属于天冬氨酰基蛋白酶，它有天冬氨酰基蛋白酶共有的DTG活性序列。HIV蛋白酶是由含99个氨基酸的多肽链形成的C 2 对称的均二聚体，诸如血管紧张肽原酶(renin)等其它天冬氨酰基蛋白酶类的研究大大促进了HIV蛋白酶抑制剂的设计和筛选进程 [2，3] ，迄今为止，不仅获得了一系列具有一定疗效的化学合成产物，而且筛选到许多具有抗HIV蛋白酶活性的天然产物。
2 HIV蛋白酶抑制剂
2.1 天然产物
2.1.1 浅蓝菌素 抗肿瘤的浅蓝菌素抗生素有抗逆转录病毒活性。它们含有环氧基部分，环氧基通过酰化作用作用于催化活性中心的天冬氨酰残基而降低酶的活性，虽然浅蓝菌素有细胞毒性，但已合成的几种衍生物表现出较它低的毒性。
, 百拇医药
2.1.2 锌 美洲铜斑蛇的毒液中发现的HIV蛋白酶抑制剂含有Zn 2+ 。已有的工作表明，Zn 2+ 直接与2个羧基络合，或与适当距离上带相反电荷的部分键合而发挥抑制作用。
2.1.3 利用体外药物模型筛选天然产物 利用体外药物模型筛选天然产物一直是药物或其前导物的主要来源。体外筛选一般以短肽为底物作酶促反应，然后根据底物的有无标记和标记物的特点分别进行HPLC、放射性、荧光分析或ELISA检测。根据这些方法，人们从不同来源得到一些有抑制HIV蛋白酶活性的物质。
瑞士CIBA-GEIGY公司从放线菌DSM7357中不仅得到了一系列季酮酸类新化合物，而且还证明了从中获得的另一已知化合物抗霉素也同样具有抑制HIV蛋白酶的作用 [4] 。很有规律性的是，目前从链霉菌中分离得到的活性 化合物都为肽类;Helynck等从链霉菌SP9440发酵液中发现一种具有21个氨基酸的环肽PR71955 [5] ;Stefanelli小组研究人员从链霉菌SP ATCC55925发酵液中得到2个四肽衍生物GE20372A、B [6] 。又有报道，应用ELISA检测方法发现了40多种中药具有抑制HIV蛋白酶的作用 [7] 。由此可见，从天然产物中筛选抗HIV蛋白酶药物是很有希望的。
, 百拇医药
2.2 以底物为基础设计的HIV蛋白酶抑制剂 HIV蛋白酶对底物水解过程存在一种过渡态化学反应机制;一个水分子被活性中心的一个天冬氨酰残基的羧基去质子化，然后水分子产生的羟基与底物肽键断裂处的羧基形成四面体过渡态中间物。该中
间物被活性中心的另一天冬氨酰残基暂时稳定，接着四面体过渡态裂解成反应产物。许多实验室将特定的短肽底物中能被HIV蛋白酶裂解的肽键用不可裂解的电子等排物取代，从而得到了一系列的过渡态抑制剂。
2.2.1 还原酰胺 自从还原酰胺电子等排物[CH 2 NH]表明对凝乳酶有抑制作用后，已证实这些电子等排物对HIV蛋白酶亦可作为抑制剂。但这些还原酰胺仅是弱的抑制剂。
2.2.2 次磷酸酯 现已实现四面体的次磷酸电子等排物[PO(OH)CH 2 ]嵌入到蛋白酶底物中，次磷酸电子等排物表现出很好的酶抑制作用。
, 百拇医药
2.2.3 α，α-二氟酮 通过以非水解的二氟酮取代HIV蛋白酶底物中易水解的酰胺键，过渡态结构得以模拟，是一个良好的抑制剂。
2.2.4 羟基乙基电子等排物 这类抑制物中含有一因取代酰胺键而加入的非水解的羟基乙基电子等排物[CH(OH)CH 2 ]，其4位上的羟基的立体化学构象对其抑制作用有很大影响，4S对映体的抑制作用比4R高出80倍左右。
2.2.5 羟基乙基胺电子等排物 血管紧张肽原酶的有效抑制作用取决于羟基乙基胺部分，这为HIV蛋白酶抑制剂的设计提供了一个强有力的方案。所有的过渡态抑制剂的生物利用度都较差，这可能与其肽类的性质稳定性差、代谢快有关。
2.3 依据HIV蛋白酶的四级结构设计的抑制剂 通过X-衍射，人们积累了许多有关HIV蛋白酶的空间结构资料。另外，计算机辅助分子模型分析及其有机分子立体结构库的应用，使得构效关系研究及利用HIV蛋白酶空间结构设计抑制剂的研究发展的非常迅速。
, http://www.100md.com
2.3.1 对称型抑制剂 HIV蛋白酶是一个C 2 对称的二聚体，据此可以设计合成新的抑制剂，具体设计思路为:确定底物断裂位置的四面体中间物处为C 2 对称轴;任意删去底物C-末端;以剩下的N-末端做二重旋转。根据构效关系和溶解性等因素，Kempf等已合成了一系列的该类化合物，其中A-77003水溶性最好，有可能成为静脉注射用药，现已进行临床试验;而ABT-538已获美国FDA批准。
2.3.2 二聚化抑制剂 既然HIV蛋白酶必须二聚化才能有活性，故只要能阻止其二聚化或使二聚体解聚即可达到抑制HIV蛋白酶的作用。X-衍射结构分析揭示，HIV蛋白酶二聚体内表面存在着分别由C-末端和N-末端两段短肽通过氢键形成的β片层结构。于是，研究人员设计了含有HIV蛋白酶C-末端和(或)N-末端的该类短肽的多肽，试图通过该多肽化合物与相应的HIV蛋白酶内的短肽作用而使亚基解聚，从而抑制HIV蛋白酶。
2.3.3 环脲抑制剂 Lam等利用环脲的羰基氧原子模拟HIV蛋白酶二聚体活性中心的结构水分子，合成了一系列的环脲抑制剂。该抑制剂引入脲基，不但加强了水溶性，而且具有较高的选择性。此外，它们还有分子量低、生物利用度好等优点。
, 百拇医药
自1988年Kohl等的实验证明HIV蛋白酶是HIV感染和复制的必需酶，可以作为抗AIDS药物的靶点以来，人们已合成和筛选到近百种有抗病毒活性的化合物。随着HIV蛋白酶抑制剂的不断开发并进入临床应用，必将为人类战胜HIV起重要作用。
参考文献
1 Debouck C.The HIV-1protease as therapeutic target for AIDS.AIDS Res Hum Retrouiruses，1992，8:153.
2 Martin J.Recent advances in the design of HIV proteinase inhibitors.Antiviral Res，1992，17:265.
3 Kohl NE，Emini Schlief WA.Active human immunodeficiency virus proˉtease in required for viral infectivity.Proc Natl Acod Sci USA，1988，85:4686.
, http://www.100md.com
4 Roggo BE，Petersen F，Delmndo R，et al.3-Alkanoyl-5-hydroxˉymethyl tetronic acid homologues and resistomycin:new inhibitors of HIV-1protease.Fermentation，isolation and biological activity.J Anˉtibiot，1994，47:136.
5 Helynck G，Dubertret C，Mayaux JF，et al.Isolation of PR71955，a new anti-HIV-1peptide secondary metabolite.J Antibiot，1993，46:1756.
6 Stefanelli S，Cavaletti L，Sarubbi E，et al.New HIV-1Protease inˉhibitors，produced by Streptomyces sp.ATCC55925.J Antibiot，1995，48:332.
7 Chang LJ，Chen YM.HIV10years later-Where do we stand now?J Biomned Sci，1995，2:1.
作者单位: 250013 山东省济南市中心医院
(编 辑 罗彬), 百拇医药(张芳)