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卢洪洲 曹韵贞 复旦大学附属华山医院
自从应用了针对人类免疫缺陷病毒（HIV）两种主要的酶包括逆转录酶与蛋白酶抑制剂后，由这两种药物联合应用所构成的高效抗逆转录病毒联合疗法（简称HAART），巳开创了抗HIV-I治疗的新纪元, HIV-1感染的自然史可以因此而被改变。但是药物治疗的效果受到许多限制，有多达60%的患者由于药物毒性和耐药等原因导致抗病毒治疗失败, 因此, 探索抗病毒机制,以研制新的抗病毒药物是十分迫切的。
尽管人们对HIV/AIDS研究的进展日益加快，但HIV/AIDS在全球的蔓延仍难以遏制。每6秒钟即有一人被感染；每10秒钟即有一位患者死于AIDS。 HIV-1基因组，是人类逆转录病毒中最长，最复杂的，共有9749个核苷酸。基因组包括3个逆转录病毒所共有的结构基因（gag、pol、env），6个调节基因（tat、rev、nef、vif、vpu、vpr）和5'端，3'端重复序列(LTR), 编码15种蛋白。HIV-1通过三个步骤进入宿主细胞：首先HIV-1颗粒通过其表面的gp120 Env蛋白与宿主CD4细胞表面的受体黏附，其后，gp120蛋白发生构象改变以适应与CCR5或CXCR4等化学因子辅助受体结合，最后，gp41 Env穿膜蛋白介导病毒颗粒与CD4细胞融合, HIV-1的核心进入宿主细胞后，即通过逆转录酶的功能，以其基因组RNA为模板，最终转录成为dsDNA，并整合到CD4细胞的基因组中成为前病毒。当细胞在复制时带动了病毒基因与它一起复制，这样，机体就永久感染HIV-1。已被美国美国食品与药品管理局（FDA）批准的用于治疗HIV/AIDS的药物有24种，可分为四类，即核苷类逆转录酶抑制剂、非核苷类逆转录酶抑制剂、蛋白酶抑制剂和融合抑制剂。现在普遍运用的抗逆转录病毒药物主要是通过抗逆转录酶和抑制蛋白酶等两条途径。
对病毒与其宿主细胞相互作用的研究使得我们获得了更多信息，在此基础上我们可以发现治疗HIV感染的新方法。药物研发包括两个方面，一个是新药的研制，一个是通过联合用药来减少药物服用的次数，减少药物的毒性，提高抗病毒活性。目前, 正在研究的许多药物不是作用于逆转录酶和蛋白酶，而是作用于病毒颗粒的组装。利用小量口服的具生物有效性的制剂以阻止病毒与宿主细胞的相互作用较之阻断病毒酶的活性部位更加困难。但已经能够看到干扰病毒生活周期的早期蛋白-蛋白间独特的相互作用（病毒颗粒进入阶段），在临床可显示巨大的应用价值。作用于上述病毒进入细胞的三个步骤的抑制剂可组成新的治疗HIV-1感染的“三联鸡尾酒疗法”。
黏附抑制剂
对gp120蛋白结构的研究，揭示了病毒表面gp120 Env刺突三聚体与靶细胞表面CD4受体之间类似“锁与钥匙”的相配组合，从而加速了黏附抑制剂的研发。CD4蛋白外端一个苯丙氨酸残基插入到gp120隐窝中，启动了这两种蛋白间高亲和力的相互作用。基于对病毒黏附机制的认识，百时美施贵宝公司正在开发第二代新型小分子HIV-1黏附抑制剂BMS488043,该抑制剂可选择性地结合gp120,阻止CD4残基插入gp120隐窝中。早期临床试验表明本药无毒副作用，大剂量作用下每毫升血浆中的HIV-1 RNA拷贝数可降低1 log10 以上。干扰gp120蛋白与CD4细胞相互作用的药物也在研制中。如PRO542 为一种含有人类CD4细胞D1、D2区域和人类免疫球蛋白G2（IgG2）重链与轻链恒定区的四价融合蛋白，胃肠外给药I期与II期临床试验显示良好的黏附抑制作用。CD4细胞D2区域与gp120构象相配的表位是随后Env连接HIV化学因子辅助受体的位点，TNX-355是针对CD4细胞的人类IgG4单克隆抗体可与上述表位特异性相互作用，从而阻断Env与化学因子辅助受体的连接。每周一次或二周一次给药可降低病毒载量0.5-1 log10 RNA 拷贝/ml血浆，在I期试验中未见有任何毒性，更为重要的是并不损耗CD4细胞。
辅助受体抑制剂
与HIV-1相关的CXCR4和CCR5辅助受体是1996年发现的。其后不久人们发现近1%的高加索人因为CCR5基因中32个硷基缺失使得细胞表面无CCR5表达，从而不易感染HIV。但这些缺乏CCR5的人们仍很健康，而且由于化学因子受体过剩仍可产生正常的炎症反应。此种“自然的实验”促使人们集中精力发展CCR5抑制剂。HIV-1协同受体阻断是一种新的治疗途径, 目前已有至少1/3的临床药物作用于CD4细胞跨膜区域辅助受体的7个靶位，包括CXCR4和CCR5，数个小分子的CCR5拮抗剂如Schering D、UK427-857、GW873140和TAK220，临床试验中均显示出良好的应用前景。UK427-857能够干扰HIV-1和CCR5受体结合前与CD4受体结合后的膜融合过程。在320名健康志愿者中进行的试验显示剂量达到900 mg/日，单剂或分2次给药，使用28天，临床使用安全且耐受性好。最常见的副作用为头痛，胃肠胀气，眩晕，恶心和体位性低血压。在第11天时，病毒载量平均下降了1.42 log10。一旦停药后，病毒载量在经过短暂的延迟后回到基线水平，这一现象提示UK427-857可能具有持久的疗效。12名CD4细胞计数高于250个细胞/mm3的慢性HIV-1感染者，口服CCR5受体拮抗剂SCHC治疗，每隔12小时，口服25 mg SCHC，连续10天，在头3天，每6小时检测HIV-1 RNA，而后改为每日1次，连续18天。结果与基线水平相比，在治疗期间，有10例患者的病毒载量至少下降了0.5 log10，有4名患者的病毒载量则降低了1.0 log10 或更多。经过约3天的短期迟滞效应后，SCHC治疗在停止用药后引发了持久效应。
人们必然会关心阻断HIV-1与CCR5结合后病毒将增强与CXCR4辅助受体的结合。研究发现在应用药物阻断CCR5后50%的患者体内病毒转而使用了CXCR4，这种情况下患者的病情往往恶化。这种现象也解释了以下事实：阻断CCR5后有更多的CD4 T细胞表达CXCR4。若应用药物阻断CCR5后却诱导了病毒向CXCR4辅助受体的转换，对于体内病毒不是双嗜性（CXCR4与CCR5）的患者应该限制使用此类药物，或同时应用CXCR4与CCR5抑制剂。已经进入临床评价的CXCR4抑制剂有AMD070与KRH-2731。以蛋白为基础的阻断CCR5药物也在研发中。PRO140是人IgG4单克隆抗体可与CCR5结合以阻断HIV感染，目前正在进行临床I期试验。科学家也正致力于CCR5自然配基化学因子RANTES（活化T细胞表达与分泌的调控）的研究，经过修饰的RANTES也有望阻断HIV感染。
融合抑制剂
通过与靶细胞融合，使病毒核进入靶细胞是病毒生活周期的重要步骤。此步骤的抑制药物Enfuvirtide (T-20; ENF) ，一种合成肽，是阻止病毒进入宿主细胞这一新的抗病毒药物中的第一个药物，已于2003年通过FDA批准。ENF通过干扰病毒和细胞膜融合及进入细胞所需的细胞膜的构象变化而达到抗病毒目的。通过对gp41三聚体在融合过程中构象变化的深入研究为融合抑制剂的研发打下了基础。gp120与CD4及化学因子受体的结合启动了gp41三聚体构象改变，gp41三聚体伸展为卷曲的螺旋状，位于gp41蛋白末端的融合肽暴露并插入靶细胞膜中。随后，通过gp41近端与远端螺旋区（分别为HR1与HR2）相互作用产生的“发夹”，最终形成6螺旋束，此步骤是融合的开始。T20肽构象与HR2相一致，可结合到HR1三聚体形成的槽沟中，干扰了6螺旋束发夹的形成，进而阻断病毒与细胞的融合。这种发夹结构仅在融合反应发生时出现，所以，T20仅在此时刻发挥抑制作用。膜融合的过程越慢对T20类抑制剂越敏感。遗憾的是已经有对T20耐药现象，是由于HR1区域氨基酸的改变所致。设想联合应用融合抑制剂与化学因子受体拮抗剂可起到协同抑制作用。与逆转录酶抑制剂及蛋白酶抑制剂不同，由于受体表达不均，gp120与化学因子受体的亲嗜性有别，Env棘突密度也不一致，可以预见接受病毒进入抑制剂的患者临床治疗反应会相差甚远。最佳的治疗方法应该是阻止病毒进入和抑制病毒复制两类药物的组合。
整合抑制剂
融合完成后，在逆转录酶作用下将HIV-1基因组转化为双链cDNA。此病毒cDNA与基质、整合酶、Vpr及宿主的多种蛋白共同组成病毒前整合复合物，慢病毒前整合复合物经细胞核孔进入细胞核。整合复合物就其体积而言是能通过细胞核孔的最大成分之一。与其他逆转录病毒不同，HIV-1可感染不分裂的细胞。此特性已被开发作为载体将转基因传给不分化的细胞如神经元细胞，但其临床安全性尚存疑虑。病毒前整合复合物一旦进入细胞核即在整合酶蛋白的作用下整合到宿主染色体形成HIV前病毒。有效整合酶抑制剂的研究一直进展缓慢，但近来取得令人兴奋的突破。含萘啶（L-870,81）与二酮酸(S-1360)的复合物可干扰整合反应的最后步骤即整合酶介导的链转移。这两种药物均进入临床试验，但由于其毒性或体内药物有效利用度差而延缓开发。无论如何，多数人仍认为整合抑制剂最终将用于HIV-1的治疗。
成熟抑制剂
具有感染性全病毒颗粒的组装需要病毒蛋白酶将HIV-1 Pr55 Gag蛋白裂解成基质、衣壳、核衣壳、p6蛋白及2个小肽称为SP1和SP2，裂解反应产生的片段动力学差异显著，最慢者p25裂解为p24基质与SP1。裂解反应可被桦木酸（betulinic acid）衍生物三萜PA-457所抑制，PA-457可经一步反应而合成。桦木酸是造纸工业的副产品，原料充足，药物价格也将十分低廉，不久第一个成熟抑制剂就将进入临床试验。
HIV-1潜伏是人类面临的严峻挑战
在HAART停止后，几乎所有的患者均出现了病毒载量的快速反弹，其双倍
时间为1.5-2.5天。反弹病毒的来源之一是残余静止记忆CD4+ T细胞的潜伏感染或体内潜伏病毒的活化,HAART可以在患者治疗的过程中使血浆病毒水平控制在很低的水平。然而，潜伏感染的持续存在，静止记忆CD4+ T细胞中持续存在的具有复制功能的HIV-1是目前治疗面临的主要问题。并且，由于现阶段的药物治疗方案均不能完全抑制体内病毒的复制，需要有更强有力的抗逆转录药物出现。
病毒基因组整合到宿主染色体后产生前病毒，前病毒通常在早期即转录，后期病毒mRNAs翻译后形成新的具有感染性颗粒从宿主细胞以出芽的方式释放。然而，前病毒偶呈现潜伏感染形式。目前研究较深入者为记忆CD4 T淋巴细胞内的潜伏病毒库。前病毒的潜伏可能由于异染色质沉默、长末端重复序列不能接近主要的转录因子或Tat产物缺乏。虽然患者往往仅有1105到1106潜伏感染的CD4记忆T细胞，但目前这些细胞中的病毒却无法清除。又由于此类细胞的长的生存期，估计若要清除体内CD4记忆T细胞病毒储存库，患者需要60年以上的抗病毒治疗。要努力寻求清除潜伏病毒新的方法，首先要更多了解HIV-1潜伏的分子基础及含有潜伏前病毒的细胞在体内的分布范围。
HIV-1早期表达的蛋白可望成为药物的靶位
Tat、Rev、Nef等均是HIV-1感染早期表达的蛋白，起到触发病毒生活周期主要步骤的作用，使得宿主细胞内环境适宜于病毒复制。尽管在病毒生活周期中Tat、Rev、Nef等均起到重要作用，但这些病毒基因早期产物作为治疗靶位并未被重视，主要因为这些蛋白不是酶。但随着对病毒发病机制的深入研究，有必要对这些蛋白作为治疗靶位进行重新审视。
固有的抗病毒因子
近来HIV研究领域令人兴奋的发现是宿主体内固有的物质称为APOBEC3G，为一种胞苷脱氨酶，可有效阻断病毒复制。APOBEC3G掺合到出芽阶段的病毒体内，使得病毒侵犯下一个靶细胞时，病毒负链DNA在逆转录过程中产生大量突变，这些突变几乎可终止病毒的生活周期。但APOBEC3G的活性又可被HIV的Vif蛋白所降解。Vif与APOBEC3G 在病毒体内的聚集、Vif诱导的抗病毒酶降解是药物研究的新热点。另外了解黑猩猩与类人猿对HIV不易感的机制也可帮助人类制定新的治疗策略。
在HIV流行的最初十年我们仅能够治疗患者的机会感染，给予支持治疗；在第二个十年我们致力于抑制病毒的复制，并主要发展针对病毒逆转录酶和蛋白酶的抑制剂；现在已经是HIV流行的第三个十年，随着我们对病毒病原学基础研究的深入，新的有效抗病毒药物将快速发展。 |
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