寨卡病毒抑制剂研究新进展

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寨卡病毒抑制剂研究新进展

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首先,病毒附着到宿主细胞膜上的受体,在低pH 环境下,通过网格蛋白介导内吞[6]。在此过程中,酪氨酸蛋白激酶受体AXL、Tyro 3、DC-SIGN 和Tim-1等细胞表面受体促进了ZIKV 进入宿主细胞[7]。

接着,病毒基因组被释放到宿主的细胞质中进行翻译,由此产生的多聚蛋白水解为各种蛋白质,包括结构和非结构蛋白[8,9]。

同时,新合成的正链RNA 可以用于进一步的翻译或复制,也可以在内质网中进行组装,并通过分泌通路,再成为成熟的子代病毒,最后释放到细胞外间隙。

ZIKV 的遗传物质单股正链RNA 长度为10.8 kb,由约100 个核苷酸长度的5′端非翻译区,10 kb 的开放阅读框和约420 个核苷酸长度的3′端非翻译区组成。

开放阅读框编码了长度为3 423 个氨基酸的多聚蛋白质前体。多聚蛋白质前体经共翻译转运及后翻译转运,水解为3 种结构蛋白(C、prM 和E)以及8 种非结构蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、S4A、2K、NS4B 和NS5)[10](图2)。

三种结构蛋白负责形成病毒粒子,并参与病毒进入、组装和释放到宿主细胞中。衣壳蛋白结合基因组RNA 形成核衣壳,E 和prM 糖蛋白是连接宿主细胞膜的病毒表面蛋白。

非结构蛋白在宿主细胞内形成病毒复制复合体[10]。NS3 和NS5 蛋白具有酶活性。

NS3 编码丝氨酸蛋白酶[11,12]、RNA 解旋酶[13]、核苷三磷酸(NTPase)[14]和RNA 三磷酸酶(RTPase)[15]酶活性。在黄病毒中,NS3 具有良好的保守性,寨卡病毒(ZIKV)、西尼罗河病毒(WNV)、日本脑炎病毒(JEV)和黄热病病毒(YFV)之间的氨基酸序列同源性约为65%。NS3 蛋白含有两个结构域,即N 端蛋白酶结构域和C 端螺旋酶结构域,二者通过短链连接。

由于NS3 蛋白在病毒生命周期中所扮演了多重角色,该蛋白是抗病毒药物发现的热门靶点。

NS5 编码甲基转移酶(MTase)和鸟苷酰转移酶(GTase)的酶活性以及RNA 依赖的RNA 聚合酶(RdRp)[16]。NS2A、NS2B、NS4A、2K 和NS4B 是位于内质网的跨膜蛋白[17]。

NS2B、NS4A 和NS4B 的一些区域也与NS3 相互作用,从而锚定由NS3 和NS5 形成的复制复合物到内质网[18]。此外,NS2B 也是NS3 蛋白酶和NS4B 阻断干扰素α/β 信号转导的重要辅助因子[19]。NS4A 诱导内质网重排,从而参与形成病毒复制区[20]。

NS1 通过调节宿主防御机制以达到免疫逃避作用,因此同样被认为参与了基因组复制[21]。

到目前为止,还没有特定的抗病毒药物被批准用于治疗ZIKV 感染。临床上多使用常用药物来缓解症状,比如对乙酰氨基酚通常用于控制发烧和疼痛,抗组胺药物用于瘙痒皮疹,而阿司匹林等非甾体抗炎药物(NSAIDs)由于出血综合征和瑞夷综合征风险增加而被禁止。

目前 ZIKV 抑制剂的发现策略主要包括:筛选多样性的小分子化合物库或天然化合物[22,23],以及已知活性化合物或临床应用药物进行“药物重定位”。此外,基于抗体的候选药物研究[24, 25]也是一个重要方面。

在过去的几年里,大量的先导化合物和候选药物被开发出来,其中有的已进入临床试验。按照其作用方式可分为作用于病毒本身的药物及作用于宿主细胞的药物。

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作用于病毒的药物

此类药物直接针对病毒靶标,可分为:NS5RdRp 抑制剂;NS5 MTase 抑制剂;NS2B-NS3 蛋白酶抑制剂和NS3 螺旋酶抑制剂。

1.1 NS5 RdRp 抑制剂

ZIKV 的RdRp 为右旋构象,由3 部分构成(图3):手指部分(α1~α9,α12~β3)、手掌部分(α10、α11、310 螺旋结构η1、α14~310 螺旋结构η2)以及拇指部分(β6~α23)[26]。

2016 年,Eyer 等[27]测试了29 种核苷类似物(浓度为50 μmol· L -1 )在Vero细胞中抑制细胞病变效应(CPE)的能力,发现其中5 种化合物即7-二氮-2′-C-甲基腺苷(7-deaza-2′-CMA)、2′-C-甲基腺苷(2-CMA)、2′-C-甲基胞苷(2-CMC)、2′-C-甲基鸟嘌呤(2-CMG)和2′-C-甲基尿苷(2-CMU)可明显降低ZIKV 感染细胞的死亡率,其半数有效浓度(EC 50)为5.3~45.5 μmol· L -1 。

在检测不同的2′-C 甲基化核苷对纯化后的重组ZIKV RdRp 的体外活性的影响时,也得到了类似的结果。此外,病毒聚合酶抑制剂7-deaza-2′-CMA 在Vero细胞中也具有抗ZIKV 活性(EC 50=9.6 μmol· L -1 ),在50 mg·kg -1·d -1剂量下,可延缓ZIKV 感染的AG 129(干扰素-α/β 和IFN-γ 受体基因敲除)小鼠的发病率和死亡率,降低病毒血症发生率。

尽管7-deaza-2′-CMA 抑制剂在治疗慢性丙型肝炎的临床试验中失败(可能由于线粒体毒性[28]),该化合物仍然适用于短期治疗急性黄病毒疾病,包括WNV[29],也是迄今为止治疗黄病毒感染最有希望的候选药物之一。

法匹拉韦(6,favipiravir,6-氟-3-羟基-2-吡嗪甲酰胺),原名T-705,是一种新型的抗病毒药物,可选择性地有效抑制黄病毒、正粘病毒、甲病毒、线状病毒、布尼亚病毒、沙粒病毒、杯状病毒、诺如病毒和其他RNA 病毒的RdRp[30]。

法匹拉韦与RdRp 作用的确切分子机制尚未完全阐明,目前的假说主要是法匹拉韦可能掺入新生的病毒RNA 中,或者通过与保守的聚合酶结构域结合,从而阻止核苷酸在病毒RNA 复制和转录中与模板结合以达到治疗效果。

2017 年,法匹拉韦对多个ZIKV 毒株的抑制作用在体外实验中已经被Baz 和Cai 等证明(EC 50=35μmol·L -1)[31,32]。此外,法匹拉韦对于多种病毒的耐药基因屏障也较高。在健康志愿者和流感患者参与临床试验中,法匹拉韦展示出良好的耐受性。然而,由于这种药物存在致畸风险,仍需谨慎使用[33]。

索非布韦(7,sofosbuvir)是一种核苷类似物,可用于治疗慢性HCV 感染,属于RdRp 抑制剂。索非布韦氨基磷酸酯作为前药,在细胞环境中转化为三磷酸类似物从而产生活性。

其活性代谢物2′-氟-2-C-甲基-UTP 与NS5 的活性位点结合[34],具有抑制ZIKV 感染和复制的作用。索非布韦在人肝癌细胞(Huh-7)、人胎盘绒毛膜癌细胞(Jar)、SH-Sy5y 神经母细胞瘤细胞中的EC50 值在0.4~5μmol·L -1范围内,在人胚胎后脑和大脑皮层神经元干细胞(NSCs)中的EC50 约32 μmol·L -1[34-36],但在Vero 细胞中未表现出抗ZIKV 活性。

因此,索非布韦在不同细胞类型中抑制ZIKV 活性不同[36]。另外,从使用索非布韦的受感染细胞中分离出的 ZIKV 序列分析表明,与未处理组相比,ZIKV 的突变频率更高[36],这表明,除了其抑制作用外,该药物还能增加病毒基因组中突变的发生,增加复制的出错率[37]。索非布韦以33 mg·kg -1·d -1的剂量,口服给与抗干扰素α 受体1(IFN-αR1)封闭抗体治疗的野生型C57BL/6 小鼠7 天[38],可保护50 %的小鼠免受ZIKV 感染引起的体重减轻和死亡。

然而,较高浓度的药物无效,还会产生毒性[35]。值得关注的是,在Ⅱ期和Ⅲ期临床研究中,索非布韦在治疗HCV 感染方面被证明是安全和有效的[39]。

BCX 4430 属于腺苷类似物,是病毒RdRp 的选择性抑制剂。

该化合物对RNA病毒具有广谱活性,包括WNV、YFV、马尔堡病毒和埃博拉病毒[40,41]。BCX 4430作用于NS5 聚合酶,促进病毒RNA 合成的链终止[38],在Vero 细胞中抑制ZIKV复制的EC 50为3.8~11.7μg·mL -1,根据病毒株的不同,选择指数分别为5.5 和11.6。

此外,BCX 4430 以300 mg·kg -1的剂量肌肉注射,每日两次,可治疗AG129 小鼠ZIKV 感染(马来西亚株,P-6-740),治疗后24 h 可显著降低病毒血症,避免87.5 %的小鼠死亡[42]。该化合物目前正处于Ⅰ期临床试验阶段。

1.2 NS5 MTase 抑制剂

ZIKV 的MTase 为同型二聚体,由两个构象不同的相同亚基构成(图4A)[43]。

2016 年,Zhang 等[44]使用FTmap program 和metaPocket 2.0 server,预测了MTase 的3 个潜在靶点(图4B)。GTP/RNA 帽结合位点为Site 1 和Site 2,Site 3 具有疏水性和极性特点,适合通过高通量筛选发现小分子化合物。

西奈芬净(9,sinefungin)是一种腺苷衍生物,属于泛甲基转移酶抑制剂,最初作为一种潜在的抗真菌药物从灰质链霉菌中分离出来[45]。Hercik 等[46]报道了西奈芬净与ZIKV 甲基转移酶所形成配合物的晶体结构。SAM 为MTase 的天然底物,西奈芬净是其竞争性抑制剂[47]。

西奈芬净与GTP 和GDP 类似物相结合,可能增强这些类似物对酶的亲和力,从而得到更好的选择性和对ZIKV 复制更强的抑制作用[46]。然而,西奈芬净作为抗寄生虫剂在犬和山羊上进行实验时,被发现具有毒性,阻碍了其临床应用[48]。

1.3 NS2B-NS3 蛋白酶抑制剂

NS2B-NS3 胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶在病毒复制过程中起着关键作用。2016 年,Zhang 等[49]报道了自由状态下ZIKV 非连接NS2B:NS3 蛋白酶(bZiPro)及其底物结合口袋的结构(图5)。

Figure 5 The free-enzyme form of bZiPro and substrate binding pocket

2016 年,Nitsche 等[50]合成了8 种肽-硼酸类抑制剂,利用bZiPro 测试后,发现其中化合物10(EC 50=0.25 μmol·L -1)和11(EC 50=0.83 μmol·L -1)活性较好。同年,Lei 等[51]进一步研究了化合物10 与bZiPro 的结合情况(图6)。

2017 年,Lee 等[52]通过对约40 000 个化合物进行高通量筛选,初步发现了10 个磺酰胺类化合物(12~21)对ZIKV 的NS2B-NS3 蛋白酶具有抑制活性 (EC 50



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