HIV蛋白酶抑制剂设计

1、 主讲人： introduction The pathogenesis of AIDS HIV-PR inhibitors biological function Research and development 艾滋病，即获得性免疫缺陷综合征（Acquired Immune Deficiency SyndromeAcquired Immune Deficiency Syndrome，AIDSAIDS），是人类因为感染人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency VirusHuman Immunodeficiency Virus，HIVHIV）后导致免疫缺陷，并发一系列机会性

2、感染及肿瘤，严重者可导致死亡的综合征。 目前，艾滋病已成为严重威胁世界人民健康的公共卫生问题。1983年，人类首次发现HIV。目前，艾滋病已经从一种致死性疾病变为一种可控的慢性病。 现HIV分为HIV-1和HIV-2，主要流行的为HIV-1。HIV-1为直径约100120nm球形颗粒，由核心和包膜两部分组成。核心包括两条单股RNA链、核心结构蛋白和病毒复制所必须的酶类，含有逆转录酶、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）等结构基因。艾滋病毒的出芽繁殖产生包膜艾滋病毒的出芽繁殖产生包膜 HIV作用的靶细胞是CD4+T细胞，巨噬细胞及单核细胞。其致

3、病机理概括来说就是通过病毒颗粒的不断复制而造成CD4+T细胞的大量破坏，从而破坏免疫平衡造成免疫缺陷，从而引起机会感染和恶性肿瘤的发生。 1.原发感染HIV需借助于易感细胞表面的受体进入细胞，包括第一受体和第二受体。HIV进入人体后，在2448小时内到达局部淋巴结，约5天左右在外周血中可以检测到病毒成份。继而产生病毒血症，导致急性感染。2.HIV在人体细胞内的感染过程吸附及穿入：HIV-1感染人体后，选择性的吸附于靶细胞的CD4受体上，在辅助受体的帮助下进入宿主细胞。经环化及整合、转录及翻译、装配、成熟及出芽，形成成熟的病毒颗粒。 抗HIV免疫反应包括特异性免疫和非特异性免疫反应，以特异性免疫

4、反应为主。包括特异性体液免疫和特异性细胞免疫，人体免疫系统主要通过针对HIV蛋白的各种特异性抗体、特异性CD4+ T淋巴细胞免疫反应和CTL直接或分泌各种细胞因子(如肿瘤坏死因子,干扰素等)，抑制病毒复制。1.CD 4+ T淋巴细胞数量减少急性感染期 潜伏期 有病状期 2.CD4+ T淋巴细胞功能障碍 主要表现为T辅助细胞1(Th1)细胞被T辅助细胞2(Th2)细胞代替、抗原递呈细胞功能受损、白细胞介素-2产生减少和对抗原反应活化能力丧失，使HIV/AIDS病人易发生各种感染。3.异常免疫激活 HIV感染后，CD4+、CD8+ T淋巴细胞表达CD69、 CD38和HLA-DR等免疫激活标志物水

5、平异常的升高。4.免疫能力缺陷 免疫能力缺陷引起机会感染和恶性肿瘤的发生。 HIV-1蛋白酶晶体的三维结构是一个对称的同质二聚体, 每一条肽链由99个氨基酸组成, 单体相对分子质量约为12000, 每条单体都含有特异的口片层、转角及伸展的多肽链结构。2个柔软的富含甘氨酸的口发卡结构和2个天冬氨酸一苏氨酸一甘氨酸一一片段构成了其活性中心。HIV蛋白酶晶体结构HIV-1蛋白酶属于天冬氨酸蛋白酶，在病毒复制过程中主要作用是将gag和gag-pol基因产物裂解成病毒成熟所需要的结构蛋白（基质、壳、核壳）和酶类（蛋白酶、整合酶、逆转录酶）。HIV蛋白酶抑制剂抑制该酶的活性，使HIV不能进一步的成熟和复制

6、，使病毒不能正常装配，同时使其失去侵染能力，故HIV蛋白酶特异性抑制剂是治疗艾滋病的重要途径。 拟肽类蛋白抑制剂拟肽类蛋白抑制剂 沙奎那韦、茚地那韦、利托那韦等沙奎那韦、茚地那韦、利托那韦等缺点：口服性不好，耐药性差缺点：口服性不好，耐药性差 非肽类蛋白抑制剂非肽类蛋白抑制剂 二氢吡喃酮类二氢吡喃酮类 环脲类环脲类 计算机药物辅助设计两个重要的研究对象就是受体和配体，本质是受体与配体结合，在氢键，C.H等一系列作用力进行相互作用下，考虑受体、配体的理化性质，药物在体内代谢等，利用一系列软件和计算和打分工具，对于取代官能团结构进行替换和修饰，最终获得最优修饰构象及最低能量的药物分子。三维结构搜寻

7、利用计算机人工智能的模拟技术，把三维结构数据库中的小分子数据逐一与搜寻标准进行匹配比较，寻找符合特定性质和三维结构形状的命中结构分子对接受体和配体间通过能量匹配和空间匹配而相互识别形成分子复合物，并预测复合物结构匹配计算筛选、修饰最优结构计算受体与药物相互作用能量，分子动力学模拟计算机体外试验筛选，修饰官能团取代基能量最低，作用强，与受体匹配度高 HIV蛋白酶的底物是肽。底物蛋白的肽键在水解过程中，一个水分子被天冬氨酰残基的羧基所极化，水分子中的氧原子亲核攻击将要断裂的酰胺键的羰基，产生一个四面体型过渡中间体，然后分裂形成氨基和羧基化合物。 如果将短肽底物中能被HIV蛋白酶加工分裂的肽键用不可

8、裂解的电子等排物替代，同时考虑到药物的在体内的传输、吸收和代谢的生物功能，对于某些取代官能团的结构进行修饰，可以获得一些类肽类的HIV蛋白酶抑制剂。当这些抑制剂与HIV蛋白酶结合后，可以使HIV蛋白酶的柔性区关闭，于是可以抑制HIV蛋白酶的活性。基本思路：以肽类抑制剂二醇为先导化合物，其与HIV-PR复合物结合过程中存在4配位的水分子，水分子的配位在能量上有利，并与抑制剂的抑制活性有关，利用计算机3D结构搜索方法，将线性的肽类抑制剂改变成刚性的环状非肽结构，同时引入模拟水分子的结构部分和亲脂性的部分，以能与酶结合。1.用距离几何法从抑制剂-HIV-PR复合物晶体结构得到抑制剂二醇的药效集团模型

9、和3D几何搜寻询问条件；2.搜寻得到命中目标三联苯类化合物3.化合物的修饰和筛选：将中央苯环改为环脲结构4.对化合物进行分子模拟，得到最佳的立体构型和构象1.蛋白酶单体的二聚化抑制剂HIV蛋白酶是由两条相同的肽链组成同质二聚体,两个单体的二聚化对于具有催化作用的位点的生成具有决定性的作用,因此抑制单体的二聚化可以阻止蛋白酶生成。2.蛋白酶杂二聚体的研究通过设计有缺陷的蛋白酶单体如用其他氨基酸取代蛋白酶中的Asp-25、Ile-49、Gly-50等，使这些有缺陷的蛋白酶单体与HIV 蛋白酶形成杂二聚体来抑制HIV 蛋白酶的活性也是一个新的研究方向。【1】杨勤刚，何煦昌，白东.HIV 蛋白酶抑制剂研究进展J.药学学报，2005，40(5)，389-394【2】陈建忠.HIV-1蛋白酶与抑制剂相互作用的理论计算研究J.山东师范大学博士学位论文.【3】刘建建，刘新永.HIV-1蛋白酶抑制剂分