神经氨酸酶抑制剂的研究进展

上海应用技术学院研究生课程（论文类）试卷2 014 / 2 015学年第 二 学期课程名称：新药研发与申报 课程代码：NX0702016 论文题目：神经氨酸酶抑制剂的研究进展学生姓名：王 震 专业学号： 化工1班，146061114 学院：化学与环境工程学院 课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：1. 论文结构规范，检索的文献资料经认真的综合分析整理，选材精简得当，条理清晰，语言流畅，版面整洁美观。得分为90-100分。2. 论文结构较规范，检索的文献资料经分析整理，材料组织得当，条理清晰，语言流畅。得分为80-89分。3. 论文结构基本规范，内容有小问题，检索的文献资料经一般性分类整理，条理较清晰，得分为70-79分。4. 论文结构基本规范，内容未经认真整理，一般性罗列所检索的文献资料。得分为60-69分。5. 达不到上述第4点要求的论文，得分为0-59分。任课教师签字： 日期： 年 月 日神经氨酸酶抑制剂的研究进展摘要：2009年高致病性的H1N1流感大爆发，再次向人们敲响了警钟：随着毒株变异性的加强，流感疫苗已无力完全遏制疫情的传播1。我们知道，流感病毒在感染和传播过程中，作为其四大活性位点之一（其他三个是血凝素、M2离子通道和部分RNA聚合酶）的神经氨酸酶（NA）起到了重要作用。因此，抗流感病毒神经氨酸酶抑制剂的设计与合成势在必行。本文综述了抗流感病毒神经氨酸酶抑制剂（NAIs）的研究进展。关键词：神经氨酸酶；变异；抑制剂；合成The development of neuraminidase inhibitorsAbstract: The pandemic of influenza virus in 2009 to human beings sounded the alarm: the influenza vaccine was feeling powerless to suppress the transmission of epidemic with the strengthening ofstrainsvariability. As we know, in the process of influenza virus infection and propagation, the neuraminidase, one of four neuraminiric active site (another active site,ie,Hemagglutinin,M2 ion channels and RNA polymerase), played a important role. Therefore, the designing and synthesis of anti-influenza virus neuramnidase inhibitors are imperative. And this paper reviewed the development of influenza-resistant virus neuraminidase inhibitors.Keywords: neuraminidase; variation; inhibitors; synthesis前言流行性感冒( 简称流感) 是由甲、乙、丙三型流感病毒( influenza virus，IFV) 引起的急性呼吸道传染病，也是第一个实行全球性监测的传染病。流感是由病毒引起的一种急性呼吸道传染性疾病，据相关统计全球每年约有 25万50万人死于流感及其并发症2。流感病毒属正粘病毒科，带有节段、单股负链 RNA基因组的包膜病毒。根据流感病毒核蛋白(nucleo-protein，NP)和膜蛋白matrix (M1) protein，MP)的不同，可将流感病毒分为 A、B、C 3 种类型。流感病毒 A 型常以流行的形式出现，可在鸟类，人，哺乳类宿主如：猪，马，猫，狗间传播，是对人类威胁最大的亚型。例如 1918 年爆发的“西班牙流感”的H1N1，1956 年的“亚洲流感”H2N2 以及 1968 年的“香港”H3N2 都是流感病毒 A 型引起的。近年来，随着全球物种活动范围的加大，流感病毒变异性的增强以及高致病性禽流感在世界范围内的频繁暴发，给人类的日常生活和经济发展带来了严重影响。目前，疫苗接种和药物治疗是防治流感的主要措施。但流感病毒亚型多、易突变的特点使得人们预测流感爆发的准确性大为降低，从而导致常规流感疫苗对不可预见的新型流感病毒束手无策。因此，保护人类健康的第一道防线、有效对抗流感病毒的只能是高效的抗流感药物。目前已上市的抗流感病毒药物包括2种类型：一类是M2蛋白抑制剂，包括金刚烷胺和金刚乙胺3 ，但这类药物仅对甲型流感病毒有效，而且耐药株的致病性和传染性以及严重的中枢神经系统副作用等均限制了此类药物的应用。另一类是神经氨酸酶 ( neuraminidase) 抑制剂，包括扎那米韦、奥司他韦、帕拉米韦、拉尼米韦等，这类药物对高致病性流感病毒的各亚型均具有抑制作用，且其安全性和耐药性良好，可用于流感病毒的预防和治疗。笔者对神经氨酸酶及其抑制剂的分类、构效关系以及国内外研究现状进行综述，以期促进新型抗流感药物的研发。第1章 神经氨酸酶及其抑制靶点概述1.1 神经氨酸酶神经氨酸酶是流感病毒表面一种蘑菇云状四聚体结构的包膜糖蛋白，其活性中心位于各个亚基中央较深的口袋内。神经氨酸酶与流感病毒的复制和传播过程关系密切: 首先，神经氨酸酶能够通过水解唾液酸与细胞之间的糖苷键来促进病毒在上呼吸道的传播和新一代病毒的释放4。其次，神经氨酸酶可以将子代病毒表面的唾液酸残基清除，从而防止子代病毒因血凝素与唾液酸之间的相互作用而发生聚集。因此，神经氨酸酶抑制剂可以通过阻断病毒的生命周期，有效控制病毒在呼吸道的进一步传播。1.2 神经氨酸酶活性中心神经氨酸酶活性中心的框架是由18个保守的氨基酸残基构成，其中8个高度保守的氨基酸残基可直接与底物水解唾液酸发生相互作用，影响整个水解糖苷键的催化过程，而其余的氨基酸残基则具有维持酶活性中心空间构象的作用。2003 年，Stoll 建立了神经氨酸酶活性中心与其抑制剂的结合模型(图1) ，根据此模型，神经氨酸酶的活性中心可以分为5个结合区域( S1S5) 。图1. 神经氨酸酶与底物唾液酸作用活性中心区域的划分根据神经氨酸酶蛋白免疫原性的不同以及其各亚型晶体结构的差别，可以将 A、B型流感病毒包膜上的神经氨酸酶分为2大类: N1、N4、N5、N8为第一类;N2、N4、N5、N8为第二类。这两类神经氨酸酶结构的不同之处主要体现在150-环(147-152位氨基酸残基) 的空腔上5。150-环结构的不同使第一类神经氨酸酶的活性中心附近具有一个较大的空腔(150-空腔)，而第二类神经氨酸酶则未见这个空腔的存在。随后一系列的研究结果发现，神经氨酸酶150-环存在着“打开”和“关闭”两种构象之间的转换，并且这两种构象间的转换存在着一定的规律，如当神经氨酸酶抑制剂含有较强的正电荷基团时，则该抑制剂更偏向于150-环“打开”状态的构象与神经氨酸酶相结合。这些重大发现为设计具有更高亲和力的新型神经氨酸酶抑制剂奠定了基础。第2章 处于临床研究的抗流感病毒药物2.1 静脉注射用帕拉米韦帕拉米韦(BCX-1812，RWJ-270201)，作为新型的 NA 抑制剂在临床试验中(注射和口服)表现高效的抗流感病毒作用，并且安全，耐受性很好6。帕拉米韦对 A 和 B 型流感病毒 NA 都表现出至少与扎那米韦或奥司他韦相当的体外活性。但是帕拉米韦还是与奥司他韦类似，存在较低的口服生物利用度的缺陷。为了解决帕拉米韦口服生物利用度低这一问题，非肠胃道吸收的新剂型正处于临床研究阶段。在健康志愿者中，帕拉米韦通过肠道外给药的耐受性良好，并且在血液中具有较高的药物浓度。基于小鼠的临床前研究表明肌肉注射帕拉米韦能有效治疗由 H1N1和 H3N2 流感病毒引起的感染7。近期在亚洲进行的临床研究表明，注射用帕拉米韦针对流感病毒表现出基本与奥司他韦相同的疗效。此外，国外临床试验的剂量为 150 mg，300 mg 和 600 mg，其中 600 mg 仅单次给药，150 mg 和 300mg 视病情可以采取连续5 d，每日 1 次的反复给药，结果表明其能有效治疗季节性流感。2.2 长效神经氨酸酶抑制剂由于目前的神经氨酸酶抑制剂在体内很快代谢，为了延长其在支气管和肺中的停留时间以及获得更高效的流感病毒 NA 抑制剂，很多研究小组致力于开发其多聚物。2003 年，Masuda等人使用多聚 L-谷氨酰胺做骨架，与 Zanamivir 的 7 位羟基相连，得到了不同链长的化合物。体外实验和小鼠鼻腔注射研究表明，化合物对 A 型流感病毒显示出比 Zanamivir 单体更高的抑制效率8。2005 年，Macdonald21等通过不同的连接链合成了 Zanamivir的二聚体，与 Zanamivir 相比，二聚体能在小鼠肺组织中停留超过一周，是一个长效 NA 抑制剂，并且对多种 A 型流感病毒株H3N1，H5N1，H1N1 都显示出高效的抑制活性。此外，拉尼米韦 7 是日本第一三共株式会社开发的长效选择性 NA 抑制剂。本品是具有 NA 抑制活性的 R-125489 的前药，系R-125489 的辛酸酯，经加水分解转化成活性代谢物拉尼米韦(Laninamivi)9。体外试验证实 R125489 能抑制多种类型流感病毒神经氨酸酶的活性，可阻止病毒从感染细胞释放，从而防止病毒在人体呼吸道的扩散。针对 A 型和 B 型流感病毒神经氨酸酶，具有很强的选择性抑制作用(实验室分离获得的病毒株的 IC50 为2.3238.8 nmol/L，临床 研 究分离 获得的病毒株的 IC50 为1.2926.5 nmol/L)。本品血浆蛋白结合率为67 %70 %，其活性代谢物 laninamivir 与血浆蛋白结合率低于0.4 %。其具有现有抗流感病毒药物所不具备的特点吸入给药，药物直达气道等流感病毒复制目标地点，分布在这些区域充分发挥药效，且长时间停留在这些区域有利于持续发挥药效；另一特点是单次给药，与现有治疗药物相比，只需单次给药即显示出与奥塞米韦连续 5 d给药同等疗效，达到治疗目的。2.3 RNA 聚合酶抑制剂利巴韦林是目前可用于流感治疗的唯一非核苷类抑制剂，对甲乙型流感病毒均有抑制作用。2002 年，Furuta等人通过筛选得到了吡嗪类化合物 T705 8，T705 在体外(IC50：1.0 M，CC506370M)和体内活性实验中对 A 型 PR/8/34 流感病毒株均显示出很好的效果。且它对神经氨酸酶抑制剂耐药菌和金刚烷胺耐药菌均有效。T705 于 2011 年 3 月在日本完成期临床试验，并提交上市申请，命名为法匹拉韦(favipiravir)临床可用于治疗流感。法匹拉韦对甲和乙型流感病毒均有抑制作用。与利巴韦林相比，不影响宿主 DNA 或 RNA 合成，仅轻度抑制宿主细胞次黄嘌呤核苷酸脱氢酶，即使在高剂量下也无明显细胞毒性，药物作用下病毒重复传代未见产生耐药性，在体内具有较长半衰期。此外，法匹拉韦对神经氨酸酶抑制剂和金刚烷胺耐药的病毒也有效。第3章 处于研究阶段的抗流感药物3.1 Cyanovirin-N1997 年美国国立癌症研究所(NCI)都在研究抗 HIV 天然物质时，在蓝细菌 Nostocellipsosporum 的培养提取物中分离到一种具有抗病毒活性的蛋白，即 Cyanovirin-N。它是从蓝细菌中分离的蛋白，由 101 个氨基酸组成，相对分子质量 11*103。在实验室条件下，低浓度(0.136.8 nmol/L)能不可逆地灭活各种嗜 T 淋巴细胞，嗜巨噬细胞的实验室毒株和临床分离病毒株，如 HIV-1，HIV-2，SIV。起初，NCI 将它作为新的抗 HIV 药物进行开发10。后来，经研究意外的发现 Cyanovirin-N 对多种甲型和乙型流感病毒株也有较高的抗病毒作用。IC50 在 0.0040.04 mg/mL 之间。进一步研究表明，Cyanovirin-N 的作用靶点为血凝素(HA)，其抗病毒作用与 HA 的结合能力相关，而且 Cyanovirin-N 与 HA 的相互作用与多糖密切相关有研究表明，在小鼠体内 Cyanovirin-N 对流感病毒(H1N1 ) 有抑制作用，能减少肺炎的发生并降低死亡率11-12。但是只能通过吸入方式给药，使用注射途径给药会使药物难以到达肺部，降低 Cyanovirin-N 的抗病毒活性。所以 Cyanovirin-N 有希望应用于对流感的预防和感染早期患者的治疗。3.2 司他弗林(Stachyflin)目前文献报道的流感病毒膜融合抑制剂多数是通过抑制低pH 诱导的 HA 构象变化发挥抗病毒作用，其中代表性化合物是司他弗林(stachyflin)。它是从葡萄穗菌(Stachybotry. Sp)RF-7260 中提取的抗生素，对 A 型流感病毒株 WSN/33 (H1N1)的 IC50：0.003M，是扎那米韦 Zanamivir 的 250 倍它的作用机制与金刚烷胺一样，并且它还能通过抑制病毒粒子与宿主细胞膜的融合达到阻断病毒粒子进入宿主细胞的效果。但司他弗林作用位点仍然不太明确13。另外，司他弗林只对流感病毒 H1 和 H2 两个亚型有效。第4章 结语随着对神经氨酸酶晶体结构研究的不断深入，其活性位点也不断为人们所了解，设计并合成强效抑制神经氨酸酶化合物的工作较之以前亦越来越清晰，这为找到强有效的抗流感药物打下了坚实的基础。但是我们开发新型抗流感药物的形势依旧严峻，唯一可以口服给药的抗流感药物奥司他韦也有可能因病毒株耐药性的不断增长而退出历史舞台。新型流感和耐现有抗流感药物病毒株的不断出现，又使得新一次全球范围内大型流感的发生埋下了伏笔，因此过分的依赖于现有抗流感药物并不能满足我们的临床需求。如何使唾液酸类抑制剂与神经氨酸酶的活性位点强有力的结合已经研究的比较透彻，因此提高现有治疗药物口服给药的生物利用度、寻找可以针对治疗高致病性流感的药物以及挖掘抗流感新的靶点是当务之急。参考文献1张建国,张继宁,黄勋娟.神经氨