神經(jīng)氨酸酶抑制劑的研究進(jìn)展.doc

上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院研究生課程（論文類(lèi)）試卷2 014 / 2 015學(xué)年第 二 學(xué)期課程名稱(chēng)：新藥研發(fā)與申報(bào) 課程代碼：NX0702016 論文題目：神經(jīng)氨酸酶抑制劑的研究進(jìn)展學(xué)生姓名：王 震 專(zhuān)業(yè)學(xué)號(hào)： 化工1班，146061114 學(xué)院：化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 課程（論文）成績(jī)：課程（論文）評(píng)分依據(jù)（必填）：1. 論文結(jié)構(gòu)規(guī)范，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)認(rèn)真的綜合分析整理，選材精簡(jiǎn)得當(dāng)，條理清晰，語(yǔ)言流暢，版面整潔美觀。得分為90-100分。2. 論文結(jié)構(gòu)較規(guī)范，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)分析整理，材料組織得當(dāng)，條理清晰，語(yǔ)言流暢。得分為80-89分。3. 論文結(jié)構(gòu)基本規(guī)范，內(nèi)容有小問(wèn)題，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)一般性分類(lèi)整理，條理較清晰，得分為70-79分。4. 論文結(jié)構(gòu)基本規(guī)范，內(nèi)容未經(jīng)認(rèn)真整理，一般性羅列所檢索的文獻(xiàn)資料。得分為60-69分。5. 達(dá)不到上述第4點(diǎn)要求的論文，得分為0-59分。任課教師簽字： 日期： 年 月 日神經(jīng)氨酸酶抑制劑的研究進(jìn)展摘要：2009年高致病性的H1N1流感大爆發(fā)，再次向人們敲響了警鐘：隨著毒株變異性的加強(qiáng)，流感疫苗已無(wú)力完全遏制疫情的傳播1。我們知道，流感病毒在感染和傳播過(guò)程中，作為其四大活性位點(diǎn)之一（其他三個(gè)是血凝素、M2離子通道和部分RNA聚合酶）的神經(jīng)氨酸酶（NA）起到了重要作用。因此，抗流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑的設(shè)計(jì)與合成勢(shì)在必行。本文綜述了抗流感病毒神經(jīng)氨酸酶抑制劑（NAIs）的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：神經(jīng)氨酸酶；變異；抑制劑；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( 簡(jiǎn)稱(chēng)流感) 是由甲、乙、丙三型流感病毒( influenza virus，IFV) 引起的急性呼吸道傳染病，也是第一個(gè)實(shí)行全球性監(jiān)測(cè)的傳染病。流感是由病毒引起的一種急性呼吸道傳染性疾病，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)全球每年約有 25萬(wàn)50萬(wàn)人死于流感及其并發(fā)癥2。流感病毒屬正粘病毒科，帶有節(jié)段、單股負(fù)鏈 RNA基因組的包膜病毒。根據(jù)流感病毒核蛋白(nucleo-protein，NP)和膜蛋白matrix (M1) protein，MP)的不同，可將流感病毒分為 A、B、C 3 種類(lèi)型。流感病毒 A 型常以流行的形式出現(xiàn)，可在鳥(niǎo)類(lèi)，人，哺乳類(lèi)宿主如：豬，馬，貓，狗間傳播，是對(duì)人類(lèi)威脅最大的亞型。例如 1918 年爆發(fā)的“西班牙流感”的H1N1，1956 年的“亞洲流感”H2N2 以及 1968 年的“香港”H3N2 都是流感病毒 A 型引起的。近年來(lái)，隨著全球物種活動(dòng)范圍的加大，流感病毒變異性的增強(qiáng)以及高致病性禽流感在世界范圍內(nèi)的頻繁暴發(fā)，給人類(lèi)的日常生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重影響。目前，疫苗接種和藥物治療是防治流感的主要措施。但流感病毒亞型多、易突變的特點(diǎn)使得人們預(yù)測(cè)流感爆發(fā)的準(zhǔn)確性大為降低，從而導(dǎo)致常規(guī)流感疫苗對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的新型流感病毒束手無(wú)策。因此，保護(hù)人類(lèi)健康的第一道防線(xiàn)、有效對(duì)抗流感病毒的只能是高效的抗流感藥物。目前已上市的抗流感病毒藥物包括2種類(lèi)型：一類(lèi)是M2蛋白抑制劑，包括金剛烷胺和金剛乙胺3 ，但這類(lèi)藥物僅對(duì)甲型流感病毒有效，而且耐藥株的致病性和傳染性以及嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)副作用等均限制了此類(lèi)藥物的應(yīng)用。另一類(lèi)是神經(jīng)氨酸酶 ( neuraminidase) 抑制劑，包括扎那米韋、奧司他韋、帕拉米韋、拉尼米韋等，這類(lèi)藥物對(duì)高致病性流感病毒的各亞型均具有抑制作用，且其安全性和耐藥性良好，可用于流感病毒的預(yù)防和治療。筆者對(duì)神經(jīng)氨酸酶及其抑制劑的分類(lèi)、構(gòu)效關(guān)系以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期促進(jìn)新型抗流感藥物的研發(fā)。第1章 神經(jīng)氨酸酶及其抑制靶點(diǎn)概述1.1 神經(jīng)氨酸酶神經(jīng)氨酸酶是流感病毒表面一種蘑菇云狀四聚體結(jié)構(gòu)的包膜糖蛋白，其活性中心位于各個(gè)亞基中央較深的口袋內(nèi)。神經(jīng)氨酸酶與流感病毒的復(fù)制和傳播過(guò)程關(guān)系密切: 首先，神經(jīng)氨酸酶能夠通過(guò)水解唾液酸與細(xì)胞之間的糖苷鍵來(lái)促進(jìn)病毒在上呼吸道的傳播和新一代病毒的釋放4。其次，神經(jīng)氨酸酶可以將子代病毒表面的唾液酸殘基清除，從而防止子代病毒因血凝素與唾液酸之間的相互作用而發(fā)生聚集。因此，神經(jīng)氨酸酶抑制劑可以通過(guò)阻斷病毒的生命周期，有效控制病毒在呼吸道的進(jìn)一步傳播。1.2 神經(jīng)氨酸酶活性中心神經(jīng)氨酸酶活性中心的框架是由18個(gè)保守的氨基酸殘基構(gòu)成，其中8個(gè)高度保守的氨基酸殘基可直接與底物水解唾液酸發(fā)生相互作用，影響整個(gè)水解糖苷鍵的催化過(guò)程，而其余的氨基酸殘基則具有維持酶活性中心空間構(gòu)象的作用。2003 年，Stoll 建立了神經(jīng)氨酸酶活性中心與其抑制劑的結(jié)合模型(圖1) ，根據(jù)此模型，神經(jīng)氨酸酶的活性中心可以分為5個(gè)結(jié)合區(qū)域( S1S5) 。圖1. 神經(jīng)氨酸酶與底物唾液酸作用活性中心區(qū)域的劃分根據(jù)神經(jīng)氨酸酶蛋白免疫原性的不同以及其各亞型晶體結(jié)構(gòu)的差別，可以將 A、B型流感病毒包膜上的神經(jīng)氨酸酶分為2大類(lèi): N1、N4、N5、N8為第一類(lèi);N2、N4、N5、N8為第二類(lèi)。這兩類(lèi)神經(jīng)氨酸酶結(jié)構(gòu)的不同之處主要體現(xiàn)在150-環(huán)(147-152位氨基酸殘基) 的空腔上5。150-環(huán)結(jié)構(gòu)的不同使第一類(lèi)神經(jīng)氨酸酶的活性中心附近具有一個(gè)較大的空腔(150-空腔)，而第二類(lèi)神經(jīng)氨酸酶則未見(jiàn)這個(gè)空腔的存在。隨后一系列的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)氨酸酶150-環(huán)存在著“打開(kāi)”和“關(guān)閉”兩種構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)換，并且這兩種構(gòu)象間的轉(zhuǎn)換存在著一定的規(guī)律，如當(dāng)神經(jīng)氨酸酶抑制劑含有較強(qiáng)的正電荷基團(tuán)時(shí)，則該抑制劑更偏向于150-環(huán)“打開(kāi)”狀態(tài)的構(gòu)象與神經(jīng)氨酸酶相結(jié)合。這些重大發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)具有更高親和力的新型神經(jīng)氨酸酶抑制劑奠定了基礎(chǔ)。第2章 處于臨床研究的抗流感病毒藥物2.1 靜脈注射用帕拉米韋帕拉米韋(BCX-1812，RWJ-270201)，作為新型的 NA 抑制劑在臨床試驗(yàn)中(注射和口服)表現(xiàn)高效的抗流感病毒作用，并且安全，耐受性很好6。帕拉米韋對(duì) A 和 B 型流感病毒 NA 都表現(xiàn)出至少與扎那米韋或奧司他韋相當(dāng)?shù)捏w外活性。但是帕拉米韋還是與奧司他韋類(lèi)似，存在較低的口服生物利用度的缺陷。為了解決帕拉米韋口服生物利用度低這一問(wèn)題，非腸胃道吸收的新劑型正處于臨床研究階段。在健康志愿者中，帕拉米韋通過(guò)腸道外給藥的耐受性良好，并且在血液中具有較高的藥物濃度?；谛∈蟮呐R床前研究表明肌肉注射帕拉米韋能有效治療由 H1N1和 H3N2 流感病毒引起的感染7。近期在亞洲進(jìn)行的臨床研究表明，注射用帕拉米韋針對(duì)流感病毒表現(xiàn)出基本與奧司他韋相同的療效。此外，國(guó)外臨床試驗(yàn)的劑量為 150 mg，300 mg 和 600 mg，其中 600 mg 僅單次給藥，150 mg 和 300mg 視病情可以采取連續(xù)5 d，每日 1 次的反復(fù)給藥，結(jié)果表明其能有效治療季節(jié)性流感。2.2 長(zhǎng)效神經(jīng)氨酸酶抑制劑由于目前的神經(jīng)氨酸酶抑制劑在體內(nèi)很快代謝，為了延長(zhǎng)其在支氣管和肺中的停留時(shí)間以及獲得更高效的流感病毒 NA 抑制劑，很多研究小組致力于開(kāi)發(fā)其多聚物。2003 年，Masuda等人使用多聚 L-谷氨酰胺做骨架，與 Zanamivir 的 7 位羥基相連，得到了不同鏈長(zhǎng)的化合物。體外實(shí)驗(yàn)和小鼠鼻腔注射研究表明，化合物對(duì) A 型流感病毒顯示出比 Zanamivir 單體更高的抑制效率8。2005 年，Macdonald21等通過(guò)不同的連接鏈合成了 Zanamivir的二聚體，與 Zanamivir 相比，二聚體能在小鼠肺組織中停留超過(guò)一周，是一個(gè)長(zhǎng)效 NA 抑制劑，并且對(duì)多種 A 型流感病毒株H3N1，H5N1，H1N1 都顯示出高效的抑制活性。此外，拉尼米韋 7 是日本第一三共株式會(huì)社開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)效選擇性 NA 抑制劑。本品是具有 NA 抑制活性的 R-125489 的前藥，系R-125489 的辛酸酯，經(jīng)加水分解轉(zhuǎn)化成活性代謝物拉尼米韋(Laninamivi)9。體外試驗(yàn)證實(shí) R125489 能抑制多種類(lèi)型流感病毒神經(jīng)氨酸酶的活性，可阻止病毒從感染細(xì)胞釋放，從而防止病毒在人體呼吸道的擴(kuò)散。針對(duì) A 型和 B 型流感病毒神經(jīng)氨酸酶，具有很強(qiáng)的選擇性抑制作用(實(shí)驗(yàn)室分離獲得的病毒株的 IC50 為2.3238.8 nmol/L，臨床 研 究分離 獲得的病毒株的 IC50 為1.2926.5 nmol/L)。本品血漿蛋白結(jié)合率為67 %70 %，其活性代謝物 laninamivir 與血漿蛋白結(jié)合率低于0.4 %。其具有現(xiàn)有抗流感病毒藥物所不具備的特點(diǎn)吸入給藥，藥物直達(dá)氣道等流感病毒復(fù)制目標(biāo)地點(diǎn)，分布在這些區(qū)域充分發(fā)揮藥效，且長(zhǎng)時(shí)間停留在這些區(qū)域有利于持續(xù)發(fā)揮藥效；另一特點(diǎn)是單次給藥，與現(xiàn)有治療藥物相比，只需單次給藥即顯示出與奧塞米韋連續(xù) 5 d給藥同等療效，達(dá)到治療目的。2.3 RNA 聚合酶抑制劑利巴韋林是目前可用于流感治療的唯一非核苷類(lèi)抑制劑，對(duì)甲乙型流感病毒均有抑制作用。2002 年，F(xiàn)uruta等人通過(guò)篩選得到了吡嗪類(lèi)化合物 T705 8，T705 在體外(IC50：1.0 M，CC506370M)和體內(nèi)活性實(shí)驗(yàn)中對(duì) A 型 PR/8/34 流感病毒株均顯示出很好的效果。且它對(duì)神經(jīng)氨酸酶抑制劑耐藥菌和金剛烷胺耐藥菌均有效。T705 于 2011 年 3 月在日本完成期臨床試驗(yàn)，并提交上市申請(qǐng)，命名為法匹拉韋(favipiravir)臨床可用于治療流感。法匹拉韋對(duì)甲和乙型流感病毒均有抑制作用。與利巴韋林相比，不影響宿主 DNA 或 RNA 合成，僅輕度抑制宿主細(xì)胞次黃嘌呤核苷酸脫氫酶，即使在高劑量下也無(wú)明顯細(xì)胞毒性，藥物作用下病毒重復(fù)傳代未見(jiàn)產(chǎn)生耐藥性，在體內(nèi)具有較長(zhǎng)半衰期。此外，法匹拉韋對(duì)神經(jīng)氨酸酶抑制劑和金剛烷胺耐藥的病毒也有效。第3章 處于研究階段的抗流感藥物3.1 Cyanovirin-N1997 年美國(guó)國(guó)立癌癥研究所(NCI)都在研究抗 HIV 天然物質(zhì)時(shí)，在藍(lán)細(xì)菌 Nostocellipsosporum 的培養(yǎng)提取物中分離到一種具有抗病毒活性的蛋白，即 Cyanovirin-N。它是從藍(lán)細(xì)菌中分離的蛋白，由 101 個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量 11*103。在實(shí)驗(yàn)室條件下，低濃度(0.136.8 nmol/L)能不可逆地滅活各種嗜 T 淋巴細(xì)胞，嗜巨噬細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)室毒株和臨床分離病毒株，如 HIV-1，HIV-2，SIV。起初，NCI 將它作為新的抗 HIV 藥物進(jìn)行開(kāi)發(fā)10。后來(lái)，經(jīng)研究意外的發(fā)現(xiàn) Cyanovirin-N 對(duì)多種甲型和乙型流感病毒株也有較高的抗病毒作用。IC50 在 0.0040.04 mg/mL 之間。進(jìn)一步研究表明，Cyanovirin-N 的作用靶點(diǎn)為血凝素(HA)，其抗病毒作用與 HA 的結(jié)合能力相關(guān)，而且 Cyanovirin-N 與 HA 的相互作用與多糖密切相關(guān)有研究表明，在小鼠體內(nèi) Cyanovirin-N 對(duì)流感病毒(H1N1 ) 有抑制作用，能減少肺炎的發(fā)生并降低死亡率11-12。但是只能通過(guò)吸入方式給藥，使用注射途徑給藥會(huì)使藥物難以到達(dá)肺部，降低 Cyanovirin-N 的抗病毒活性。所以 Cyanovirin-N 有希望應(yīng)用于對(duì)流感的預(yù)防和感染早期患者的治療。3.2 司他弗林(Stachyflin)目前文獻(xiàn)報(bào)道的流感病毒膜融合抑制劑多數(shù)是通過(guò)抑制低pH 誘導(dǎo)的 HA 構(gòu)象變化發(fā)揮抗病毒作用，其中代表性化合物是司他弗林(stachyflin)。它是從葡萄穗菌(Stachybotry. Sp)RF-7260 中提取的抗生素，對(duì) A 型流感病毒株 WSN/33 (H1N1)的 IC50：0.003M，是扎那米韋 Zanamivir 的 250 倍它的作用機(jī)制與金剛烷胺一樣，并且它還能通過(guò)抑制病毒粒子與宿主細(xì)胞膜的融合達(dá)到阻斷病毒粒子進(jìn)入宿主細(xì)胞的效果。但司他弗林作用位點(diǎn)仍然不太明確13。另外，司他弗林只對(duì)流感病毒 H1 和 H2 兩個(gè)亞型有效。第4章 結(jié)語(yǔ)隨著對(duì)神經(jīng)氨酸酶晶體結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，其活性位點(diǎn)也不斷為人們所了解，設(shè)計(jì)并合成強(qiáng)效抑制神經(jīng)氨酸酶化合物的工作較之以前亦越來(lái)越清晰，這為找到強(qiáng)有效的抗流感藥物打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是我們開(kāi)發(fā)新型抗流感藥物的形勢(shì)依舊嚴(yán)峻，唯一可以口服給藥的抗流感藥物奧司他韋也有可能因病毒株耐藥性的不斷增長(zhǎng)而退出歷史舞臺(tái)。新型流感和耐現(xiàn)有抗流感藥物病毒株的不斷出現(xiàn)，又使得新一次全球范圍內(nèi)大型流感的發(fā)生埋下了伏筆，因此過(guò)分的依賴(lài)于現(xiàn)有抗流感藥物并不能滿(mǎn)足我們的臨床需求。如何使唾液酸類(lèi)抑制劑與神經(jīng)氨酸酶的活性位點(diǎn)強(qiáng)有力的結(jié)合已經(jīng)研究的比較透徹，因此提高現(xiàn)有治療藥物口服給藥的生物利用度、尋找可以針對(duì)治療高致病性流感的藥物以及挖掘抗流感新的靶點(diǎn)是當(dāng)務(wù)之急。參考文獻(xiàn)1張建國(guó),張繼寧,黃勛娟.神經(jīng)氨