抗HIV药物的现状与进展
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艾滋病(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)是由人类免疫缺陷病毒(human
immunodeficiency virus,HIV)感染导致的人体防御机能缺陷(尤其是细胞介导的免疫机能缺陷),而易于发生机会性感染和肿瘤的临床综合征。
自从1981 年发现首例艾滋病以来,全球已有数以千万计的HIV感染者,由于缺乏针对HIV的特效治疗方法,绝大多数感染者在发病后难逃死亡的厄运。预计至2020 年,将有2亿人感染HIV。因此艾滋病被称为“世纪癌症”。为了战胜艾滋病,世界各国的科学家研制出了许多治疗药物,这些药物可以大致分为以下三类:抗 HIV病毒药物,免疫调节剂和机会性感染药物。本文将介绍其中最为重要的抗HIV病毒药物的现状和研究进展。
一、人类免疫缺陷病毒的病原学
为了了解抗HIV病毒药物,有必要对人类免疫缺陷病毒的病原学加以介绍。
1. 人类免疫缺陷病毒(HIV)的分子结构
HIV颗粒呈球形,直径90 nm~130nm。病毒的核心呈中空锥形,由两条相同的单链RNA链、逆转录酶和蛋白质组成。核心之外为病毒衣壳,呈20面体立体对称,含有核衣壳蛋白质。最外层为包膜,包膜上的糖蛋白(GP120,GP41和P17)有刺突状结构,是HIV与宿主细胞受体结合位点和主要的中和位点。 HIV属逆转录病毒科慢病毒属,其RNA中含有gag、env 和pol基因以及6种调控基因 (tat,vif,vpr,vpx (vpu),nef,rev)。gag基因编码病毒的核心蛋白;pol基因编码病毒复制所需要的酶类(逆转录酶、整合酶和蛋白酶);env基因所编码病毒包膜蛋白,是HIV免疫学诊断的主要检测抗原。调控基因编码辅助蛋白,调节病毒蛋白合成和复制。现有两型HIV:HIV-1和HIV-2,它们主要区别在于包膜糖蛋白上。HIV是一种变异性很强的病毒,不同的病毒株之间差异很大,甚至同一毒株在同一感染者体内仅数月就可以改变,使原中和抗体失去中和效能,这给HIV疫苗的研制造成很大困难。目前在全球流行的HIV-1毒株已出现三个组,即M、O和N 组,其中M组又可分为A到J10个亚型,而且亚型间的重组体已有发现。HIV-2现有A~F 6个亚型。目前也有学者根据病毒的生物学特性对HIV-1进行分群,如根据病毒与宿主细胞结合所利用的辅助受体的不同(CCR5、CXCR4),分为R5 和X4毒株;或根据宿主范围及复制特性不同,分为非合胞体诱导株(NSI)和合胞体诱导株(SI);有毒力株和无毒力株;快/高型和低/慢型等。
2. HIV致病过程
HIV主要感染CD4阳性T淋巴细胞,在T 淋巴细胞分类中,CD4代表T辅助细胞。CD4+T淋巴细胞是HIV感染的主要靶细胞,而其本身又是免疫反应的中心细胞。CD4+T淋巴细胞记数作为直接测定免疫功能的方法,是提供HIV感染病人免疫系统损害状况最明确的指标。CD4+T淋巴细胞记数测定的主要意义:①用于HIV感染者的疾病分期:凡 CD4+T淋巴细胞<200/mm3或CD4+T淋巴细胞的百分比<14%的HIV感染者可归入艾滋病。②判断HIV感染者的临床合并症(各种机会性感染与CD4+T淋巴细胞的相关性),如CD4+T淋巴细胞<200/mm3时,容易发生卡氏肺囊虫肺炎;而巨细胞病毒感染和鸟分支杆菌感染常发生于CD4+ T淋巴细胞<50/mm3的病人,极少见于CD4+T淋巴细胞>100/mm3的病人。③帮助确定抗HIV药物治疗及机会性感染预防性治疗的适应症,例如,当CD4+T淋巴细胞<200/ mm3时,应给予抗卡氏肺囊虫肺炎的预防性治疗。④抗HIV药物疗效的重要判断指标。
CD4+T细胞和巨噬细胞,整个过程分为三步:①HIV的包膜蛋白GP120与细胞表面的CD4结合,使GP41暴露。由于GP41的疏水性较强,它的一端就进入到靶细胞中去,于是病毒包膜与靶细胞融合,病毒核心随之进入靶细胞。在GP120与CD4结合时,GP120会采用“糖衣”和“隐藏结构”等方法而逃避免疫系统的攻击。②HIV的核心进入靶细胞后脱壳,以基因组中的RNA链为模板,由逆转录酶催化生成一条单链的DNA(DNA负链),然后由核糖核酸酶将RNA模板降解,空出的位置让第二条互补的单链DNA合成(DNA正链),所形成的双链就是前病毒。③前病毒在胞浆中形成后进入细胞核,在整合酶的催化下,整合到细胞的基因中去。HIV一旦进入靶细胞,病毒就开始了它自己特有的生命周期,最终杀死T4细胞,摧毁人体免疫力。
HIV致病过程及抗HIV作用的靶点
二、抗HIV病毒药物的作用靶点
HIV病毒的生活周期包括吸附、脱壳、逆转录、整合、转录、翻译和包装等过程,其中任何一个过程均可作为药物治疗的靶点。下表所列是一些已证明对HIV病毒具有抑制作用的,针对这些靶点的药物。
三、针对HIV病毒的酶抑制剂
1. 核苷类逆转录酶抑制剂(NRTI)
NRTI为最早使用的抗HIV药物,可以与脱氧核苷竞争性地与逆转录酶结合,从而抑制HIV的复制。该类药物现在至少有6个品种:①齐多夫定 zidovudine(AZT或ZDV);②地丹诺辛didanosine(ddl、Videx);③扎西他滨Zalcitabine(ddc);④司他夫定Stavudine(d4T);⑤拉米夫定Lamivudine(3TC);⑥阿巴卡韦abacavir(1592U89Ziagen)。
其中,AZT是1987年在临床上最先使用的抗HIV药物,单一或二联治疗HIV 感染。由于这种治疗通常在6个月内即出现明显的耐药性,而且对机体的免疫重建不佳,因而很少取得疗效。
齐多夫定是第一个被批准上市的抗艾滋病药,抗病毒活性高,生物利用度好,抗艾滋病的短期效果最好,是治疗艾滋病的首选药。但其具有抑制骨髓生长的严重不良反应,并且连续用药6个月后容易产生耐药性,所以宜和去羟肌苷、扎西他滨、司他夫定等交替使用。去羟肌苷能减少致病菌感染的发病率及延长病人的生存时间,为抗HIV感染的另一首选药,可与齐多夫定合并用药。适用于成人或6个月以上感染HIV严重的儿童、或对齐多夫定不能耐受者及治疗期间有明显恶化的艾滋病患者。
阿巴卡韦口服生物利用度可达76%~100%,并可进入中枢神经系统,耐药性发展较慢,且患者的耐受性较好,但有3%的患者有过敏反应,使用时须提高警惕。
本类药主要治疗AIDS 及其相关综合征,减少机会性感染,但仍无法根治AIDS,且大多数有严重不良反应,需长期或终身用药。
2. 非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTI)
非核苷类逆转录酶抑制剂通过与逆转录酶的非底物结合部位结合而抑制HIV逆转录酶的活性。该类药物主要有:①奈韦拉平nevirapine;②地拉韦啶delavird;③依非韦伦efavirene等。
其中地拉韦啶与其他抗HIV 药合用治疗HIV 感染,包括新近感染而无症状的患者。另外,奈韦拉平对对核苷类敏感或耐药的HIV 病毒均有活性。近期研究发现在产妇分娩时和婴儿降生后一次性给予奈韦拉平,即可获得与AZT一样的阻断效果,而费用却低廉得多。
依非韦伦为1998年美国食品与药品管理局批准上市的非核苷类逆转录酶抑制剂,是治疗HIV-1感染的特效药,其抑制HIV-1复制的活性强(IC95 为1.5~3.0nmol/L),t1/2为52~76h,每日只需服药1次,耐药发展慢,患者耐受性好。在一项临床实验中,依非韦伦/齐多夫定/拉米夫定联合治疗,用药24周,疗效优于标准三联治疗方案(茚地那韦/齐多夫定/拉米夫定)。依非韦伦/茚地那韦二联疗法亦可长期将血浆内病毒数降低到检测水平以下,未见严重不良反应。
此类药物的毒副反应主要是皮疹。
3. HIV蛋白酶抑制剂(HIV-PI)
1995年蛋白酶抑制药经临床试用后取得成功,其应用标志着AIDS 患者生命和生活质量出现了转折。其作用机制为阻止HIV感染的细胞分裂为新的HIV 感染细胞,并抑制病毒复制,在急性感染的淋巴干细胞中显示出较强的抗HIV-1、HIV-2 活性,对齐多夫定耐药的HIV-1亦有效。代表药有:①沙奎那韦saguinavir;②茚地那韦indinavir;③利托那韦ritonavir;④ 奈非那韦nelfinavirr;⑤安普那韦amprenavir;⑦lopinavir等。
其中沙奎那韦对HIV-1(包括齐多夫定耐药株)、HIV-2均有较强的活性,对慢性感染细胞也具有抗病毒活性。利托那韦在血清和淋巴结中的浓度较高,主要用于晚期HIV感染患者,和其他抗病毒药物联用,对早期HIV感染患者可减少不良反应发生率,增加有效率。茚地那韦对HIV-1(包括齐多夫定和奈韦拉平耐药株)、HIV-2均有较强的活性,口服生物利用度好,安全性高并有较好的中枢神经系统渗透性,在淋巴结内浓度较高且抗病毒作用时间较长。但其单独使用时易产生耐药性,宜和核苷类逆转录酶抑制剂或非核苷类逆转录酶抑制剂联用。lopinavir的代谢速度非常快,而利托那韦可以抑制其代谢,从而提高其血药浓度,延长其半衰期,所以临床上一般应用的是lopinavir/利托那韦(400+100mg)的复合制剂。
该类药物与核苷类联用可有效地抑制HIV复制,并减少不良反应。
4. HIV-1侵入细胞的抑制剂
侵入抑制剂是一种新的实验性抗逆转录病毒药物。本类药物以干扰HIV 与宿主细胞的粘附融合而达到抗病毒的作用。阻断HIV-1进入细胞有两个靶点:一是以细胞膜蛋白为靶点,如CD4阳性T细胞或辅助受体;二是以病毒膜蛋白为靶点。多数抑制药(多硫酸盐、多磺酸盐和zintevir等)干预GP120 与辅助受体的过程。化学受体CCR5和CXCR4是HIV-1进入CD4阳性T 细胞和其他细胞的必要受体,附着剂可干扰其过程,发挥抗HIV-1作用。目前处于研究阶段的药物有T-20和BMS-806,前者是融合酶抑制药,通过与 GP41的部分结构结合阻止HIV与宿主细胞的结合,而达到抗病毒的作用。据报道能够在2周内杀灭患者血液中HIV最高达99%。该药已经进行了近1a的临床试验。后者可直接抑制巨噬细胞嗜性、T细胞嗜性和双嗜性的HIV-1实验株,对HIV-1临床分离株有明显抗病毒活性。
5. 整合酶抑制剂
整合酶是继转录酶、蛋白酶、融合酶之后又一个新靶点。由于没有现成的先导化合物和相应的科学方法,整合酶抑制剂的研究仍处于起始阶段。核苷酸类是第一类与整合酶作用的药物,其代表药物是齐多夫定单核苷酸,另外还有二酮类、硫氮硫扎平类、咖啡酰基衍生物类、Lame Ilarina-20硫酸盐类、苯乙烯喹啉类等部分处于研究阶段的药物,至今还未有经批准通过的抑制整合酶的药物。
6. 其它靶点抑制剂
戊聚糖多硫酸酯可以抑制HIV-1的Tat蛋白,抑制HIV的转录和翻译[14]。azadicarbonamide等通过特异地结合NCp7的锌指结构可以阻断HIV的组装过程。这些化合物仍均处于研究阶段,至今尚未批准上市。
四、抗HIV病毒的“鸡尾酒”疗法