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抗病毒药物作用机理的分子水平研究

发布日期:2013年07月10日 来源:华夏养猪网

      真核细胞内病毒复制周期包括吸附、穿入、脱蛋白衣壳、生物合成以及装配释放等阶段。抗病毒药物干扰病毒生长周期的少数程序,从而阻断了病毒核酸的复制,起到了抗病毒的作用。本文将在分子水平上对抗病毒药物如何阻断或干扰不同病毒复制周期作一综述。�
1 抑制病毒吸附、穿入和脱衣壳�
1.1 干扰病毒吸附
此类作用方式的代表药物是硫酸多糖类、肝素和聚阴离子化合物(肝素样化合物)等。目前硫酸多糖类在抗人体免疫缺陷病毒(HIV)病毒感染方面使用较为广泛。其对病毒的抑制作用是由硫酸聚阴离子结合到病毒或细胞表面引起。病毒吸附到细胞原生质膜是一种静电现象,需要细胞表面和病毒间的分子亲和力。细胞表面这种亲和区域称为病毒受体。可能是通过强负电荷硫酸聚阴离子与病毒或细胞表面正电荷分子结合,从而立体地抑制吸附。肝素可以区别吸附于细胞膜未被吞入胞浆的病毒颗粒和进入细胞内已经被脱壳的病毒颗粒,体外培养疱疹病毒,肝素可使吸附在感染细胞表面的病毒颗粒脱落。肝素样化合物对疱疹病毒的作用与肝素相似,但其具体作用机制目前还未搞清。�

1.2 干扰病毒穿入、脱衣壳
此类作用方式的代表药物就是三环胺类的金刚烷胺、金刚乙胺及其衍生物。其中盐酸金刚烷胺应用较广泛,在对抗A型流感病毒(HA)方面发挥较好的疗效。金刚烷胺类药物的作用靶点为流感病毒的M-2蛋白。M-2蛋白为流感病毒囊腺上的跨膜蛋白,具有离子通道活性。它一方面介导HA脱去衣壳,使核蛋白体通过核孔复合体进入胞核,进行起始一系列复制、转录和翻译过程,另一方面介导HA构型成熟。在HA的复制周期中起重要作用。金刚烷胺是M-2离子通道活性的阻滞剂,它干扰病毒M-2蛋白跨膜区离子通道的功能而阻止病毒穿入细胞、脱去衣壳及成熟过程。但易产生耐药性。�

2 抑制病毒酶和亲代基因组转录�
有些RNA病毒颗粒本身具有酶活性,使病毒不需依赖寄主细胞,即可进行病毒复制的分子过程,抗病毒物质干扰病毒酶的活性,就能抑制病毒复制周期。这类药物为逆转录酶(RT)抑制剂,包括核苷类似物,目前临床应用的主要有齐多夫定、地丹诺辛、扎西他宾、拉米夫定和司他夫定(它们均属于双脱氧核苷类,主要用于治疗获得性免疫缺陷综合征),还有非核苷逆转录酶抑制剂地拉韦定、奈韦拉平等。研究表明,核苷类药物不仅抑制病毒复制的酶,而且能作为底物类似物参与竞争性掺合入病毒复制的DNA中,阻断肽链的延长,因此核苷类抗病毒药仍然是抗病毒新药研究的重要方向,核苷类药物抗病毒作用机理大致如下:
(1)通过抑制病毒基因复制酶,从而抑制核苷三磷酸的形成与利用,或抑制RNA或DNA模版的形成,从而抑制病毒复制。
(2)抑制病毒基因的转录和修饰。
(3)抑制核RNA的转运,或抑制病毒编码酶的活性,从而抑制病毒蛋白质的合成与转运。大多数非核苷逆转录酶(RT)抑制剂一般是通过变构的相互作用而抑制病毒逆转录酶。与核苷酸底物竞争,并与逆转录酶催化部位相互作用。非核苷类RT抑制剂是一大类化学结构各异的化合物,它们结合与RT上一个非底物结合的变构部位,使RT失去活性。�

3 抑制病毒mRNA的翻译过程�
3.1 抑制病毒mRNA和细胞核糖体的相互作用
此类最具代表性的就是干扰素。以IFNα为例,IFNα与效应细胞膜上的IFNα受体结合,通过IFNα受体将信号转导至细胞内,激活细胞质中酪氨酸蛋白激酶,使细胞质内3个游离的IFNα激活基因因子�3α(ISGF-3α)亚基磷酸化。磷酸化的3个ISGF-3α亚基相互结合形成三联复合体,与ISGF-3γ亚基进入细胞核内,ISGF-3γ与效应细胞基因的IFNα刺激反应元件(ISRE)结合,ISGF�3α亚基则激活ISRE,使效应细胞抗病毒蛋白(AVP)基因去抑制转录AVPmRNA,并翻译产生AVP。AVP是一种酶,无种属特异性,主要是2′,5′�寡腺苷酸合成酶、蛋白激酶和磷酸二酯酶。2′,5′-寡腺苷酸合成酶在双股RNA作用下使ATP聚合成寡腺苷酸,它能激活细胞内潜在的核酸酶F,使病毒的mRNA降解,并且是选择性降解病毒mRNA。蛋白激酶使启动因子(eIF-2)磷酸化,使病毒蛋白多肽链合成起始受阻。

3.2 影响新生病毒多肽链
一些氨基酸类似物加入病毒感染的细胞可掺入病毒特异性多肽。这种改变的氨基酸使病毒多肽构象改变成无活性蛋白。这种对主要病毒蛋白尤其是病毒核酸合成必需的酶的影响,可能导致病毒复制的抑制,但这方面研究不多。�

3.3 抑制病毒多肽前体的形成
此类的代谢药物为蛋白酶抑制剂,如沙奎那韦、利托那韦、吲哚那韦、奈非那韦等。RNA病毒通过与靶细胞受体结合侵入细胞并脱壳。在逆转录酶的作用下,病毒RNA转录为DNA并整合到宿主细胞的染色体内,形成前病毒。前病毒可通过转录和翻译形成新的病毒RNA与蛋白质,装配以后以出芽方式排出细胞。蛋白酶抑制剂正是作用于病毒蛋白酶,使病毒不能正常装配。�

4 干扰病毒RNA基因组合成抑制剂
病毒mRNA翻译后,病毒基因组的复制随即进行。这个过程需要病毒的编码的RNA聚合酶的合成,复制酶利用亲代RNA基因组做模版产生RNA复制中间型(RI)和复制型(RF)。病毒子代RNA分子用于包壳(encapsidation)或作为病毒mRNA。干扰病毒RNA聚合酶合成子代RNA功能的抗病毒物质,可抑制病毒的复制周期。代表药物为利巴韦林。人工合成的核苷类似物为广谱抗病毒药物。药物吸入进入被病毒感染的细胞后迅速磷酸化,其药物活性成分(5′-单磷酸盐形式)能抑制单磷酸次黄嘌呤核苷酸脱氢酶(IMP dehydrogenase)的活性,后者能够使IMP转化为XMP,这是三磷酸鸟苷酸(GTP)和脱氧三磷酸鸟苷酸(dGTP)合成的一个重要步骤,从而可抑制肌苷单磷酸脱氢酶、流感病毒RNA聚合酶和mRNA鸟苷转移酶,引起细胞内GTP的减少,损害病毒RNA和蛋白合成,使病毒的复制与传播受到抑制。最近研究表明,其二磷酸盐被RNA依赖RNA多聚酶利用后,可导致病毒基因组mRNA发生致命性突变,从而使病毒死亡。�

5 抑制病毒DNA的复制�
5.1 引起亲代病毒DNA的降解
试验显示加喜树碱(Camptothecin,CPT)于感染腺病毒的Hela细胞中,可引起亲代病毒DNA的降解,其机理可能是因为喜树碱具有选择性抑制DNA拓扑异构酶I的特性,它通过使共价键合的拓扑异构酶I与DNA的复合物稳定化,阻断DNA链的再度连接,导致细胞死亡。�

5.2 作用于DNA聚合酶的抑制剂
这类抑制剂主要有阿普洛韦(ACV)、伐昔洛韦(VCV)、喷昔洛韦(PCV)、法昔洛韦(FCV)、溴夫定和碘苷、阿糖腺苷、阿糖胞苷、曲氟尿苷和西多福韦等核苷类似物和磷甲酸(PFA)。其中核苷类药物作用机理与上同。磷甲酸(phosphonformicacid,PFA)是磷乙酸(phosphna�ceticacid,PAA)的同系化合物。资料表明,PFA能抗多种病毒,尤以抗单纯疱疹病毒作用显著,其抗病毒机理是病毒诱导DNA多聚酶的非竞争性抑制作用,作用点是在核苷三磷酸聚合过程中,该药与病毒多聚酶的焦磷酸盐解离部位结合,从而阻止3′,5′�磷酸酯键的产生,切断病毒DNA的合成。�

5.3 抑制DNA的转录
放线菌素D(Actinomycin�D,ActD)结构中含有一个平面性的吩恶嗪环及两个环状五肽。ActD可以插入到DNA的分子中,并可选择性地抑制以DNA为模版的RNA的合成。�

6 影响晚期病毒mRNA及晚期病毒蛋白质的抗病毒物质对用靛红�β�缩氨基硫脲(IBT)处理痘病毒感染的细胞,进行分子水平分析,发现病毒DNA复制及mRNA合成均未受影响。但晚期病毒mRNA及其与细胞核糖体的相互作用发生变化。此晚期mRNA在接触核糖体不久,就降解成小分子,原因尚不清楚。�对利福平在细胞培养内抑制痘病毒复制的研究表明,它阻止病毒成熟。它抑制产生主要结构多肽的前体蛋白的过程,因而病毒包膜形成和形态形成受阻。�

7 抑制感染细胞病毒内膜的形成�
许多RNA和DNA病毒具有包膜(envelop),它有病毒编码的糖肽。病毒膜的特异性由病毒糖肽决定。含脂病毒颗粒的包膜过程是形态形成的最后一步。因此,干扰病毒特异膜形成的抑制剂就能阻止生成感染性子代病毒。此类药物目前研究较少,最近报道了2-脱氧�D-葡萄糖和D-葡萄糖胺。�
目前抗病毒药物的研究正在逐渐进入新的领域,即反义寡核苷酸及病毒感染基因组学的研究,人类基因组学技术在抗病毒药物的研究中发挥了极大的作用。用DNA微阵列技术系统分析宿主基因表达,是一种从宿主细胞角度发现潜在抗病毒靶标的有效方法。最近报道了有关病毒影响宿主细胞基因表达谱的研究战略,以及通过表达谱分析来发现与病毒复制有关的宿主细胞通路。总而言之,病毒与宿主的相互作用及病毒的复制特点的研究是开发新药的根本,亦是抗病毒药物领域的研究核心。搞清机理有利于更好的为抗病毒新药的开发作出贡献。

 

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