新药发现与研究实例简析·抑制HIV1病毒侵入的首创药物马拉维罗.PDF

新药发现与研究实例简析 新药创制是复杂的智力活动, 涉及科学研究、技术创造、产品开发和医疗效果等多维科技活动。每个 药物都有自身的研发轨迹, 而构建化学结构是最重要的环节, 因为它涵盖了药效、药代、安全性和生物药剂 学等性质。本栏目以药物化学视角, 对有代表性的药物的成功构建, 加以剖析和解读。 HIV1病毒衣壳蛋白gp120与宿主细胞膜受体CCR5的结 是病毒侵入细胞的重要环节 ，用小分子阻止 这种蛋白-蛋白相互作用、干预gp120-CCR5广泛而平坦的结合界面是药物设计的难题。研制马拉韦罗 ，由 普筛获得苗头、苗头过渡到先导物、优化活性和成药性直至确定候选物 ，药物化学和分子模拟方法贯穿于 全过程。在解析受体结合实验与抗病毒功能的矛盾、解决活性与抑制CYP450以及hERG通道的交叉平行的 难题中，多维度地展现了结构优化的技巧 ，使得马拉韦罗成为首创性药物 ，自2008年至今仍是唯一上市的 作用于CCR5环节的抗艾滋病药物。 抑制HIV1 病毒侵入的首创药物马拉维罗 郭宗儒 ( 中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所) 1 干预HIV 病毒进入宿主细胞的环节 1.1 HIV-1 进入宿主细胞的过程 HIV 病毒感染宿主细胞是衣被与胞膜的融合过程，融合是分步进行的：①识别与结合 CD4 受体：病毒颗粒的外膜糖蛋白gp120 与跨膜糖蛋白gp41 识别宿主细胞表面受体CD4 ， 并与之结合附着在细胞膜上；②与CCR5 受体结合：结合于CD4 的gp 120 构象发生变化， 识别并结合于宿主细胞的辅受体趋化因子受体CCR5 ，遂之gp41 与gp 120 分离；③核酸进 入：gp41 的 螺旋变构，形 管束状构象，与膜蛋白融合，病毒的核酸穿越胞膜进入宿主 细胞。研制抗HIV1 药物可以在不同的环节干预病毒进入细胞，例如屏蔽和抑制CD4 受体 或者抑制CCR5 受体。 1.2 CCR5 受体的特征与功能 CCR5 是一种趋化因子受体，由352 个氨基酸残基组 ，为跨膜G 蛋白偶联受体，7 个 跨膜 螺旋可分为胞外N-末端、3 个胞外环套、3 个胞内环套和C-末端。激动CCR5 受体 的配体有巨噬细胞炎症蛋白1 （MIP1 ）、1β （MIP1β ）和RANTES 等趋化因子家族成员，功 能是趋化细胞以定向运动，调控淋巴细胞的迁移、增殖与免疫的功能。由于介导炎症反应和 自身免疫性疾病的发生，因而CCR5 是研发抗炎药物和免疫调节药物的重要靶标。另一方面， 它又是HIV 病毒侵入细胞的重要的辅受体（coreceptor ），参与病毒蛋白与细胞膜的融合过程， 所以CCR5 又是抑制HIV1 感染的重要靶标。图1 是CCR5 与配体趋化因子的结合位点以及 病毒颗粒与CD4 结合的示意图。 巨噬细胞 图1 巨噬细胞胞膜的CD4 与CCR5 受体同趋化因子 （MP1αβ ）与HIV1 结合的示意图 2 抑制剂的活性评价 用稳定表达CCR5 的HEK-293 细胞作为体外细胞模型评价化合物活性，将放射性标记的 趋化因子MIP1β 从与CCR5 受体结合的复合物中置换出50%的化合物浓度(MIP1βIC50)作为 受试化合物抑制活性的指标，在一定程度上该 IC50 代表了化合物阻断病毒融合和侵染宿主 细胞的活性强度。然而这种用竞争抑制实验作为阻止病毒侵入的指标有一定的风险，因为化 合物的MIP1βIC50 值有时与抑制病毒侵入的活性不相关联（在研发马拉韦罗和其他CCR5 抑 制剂中已显示出来，见后）。但作为初筛，仍是有价值的。另一种模型是抑制 50%HIVBAL 病毒复制所需的化合物浓度AVIC50 ，用以表征化合物的抗病毒功能。 3 苗头化合物和向先导物的过渡 3.1 随机筛选获得苗头化合物 研发CCR5 受体拮抗剂以抑制HIV1 对宿主细胞膜的融合与侵入，本质上是干预gp120 与CCR5 之间的蛋白-蛋白相互作用。由于缺乏结构生物学信息，发现阻断蛋白-蛋白相互作 用的有机小分子常用的方法是随机筛选获得苗头化合物。辉瑞公司设定了遴选苗头化合物的 标准：MIP1βIC502.5 mol L-1 ，配体效率 LE0.2 （LE=配体-受体结合自由能ΔG/配体分 子的非氢原子数，