病毒学研究与抗病毒治疗药物
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摘 要 人们在与病毒的长期斗争中取得了不少重要成就，一些病毒进入人体细胞的过程及其致病机制相继得到阐明。随着病毒学研究的进步，许多抗病毒治疗药物不断出现并被用于临床，人们治疗艾滋病、病毒性肝炎、流感和疱疹病毒感染等病毒性疾病也由此取得了明显进步。然而，面对众多病毒性疾病，人们现有的有效治疗措施仍然极为有限。加强病毒学研究以加深对病毒致病机制的认识是研发新型抗病毒治疗药物的关键。本文介绍目前对临床常见病毒的研究与治疗进展，强调病毒学研究的进步在促进抗病毒治疗药物开发中的重要作用。
关键词 抗病毒药物 艾滋病毒 乙型肝炎病毒 丙型肝炎病毒 流感病毒 疱疹病毒
中图分类号：R978.7 文献标识码：C 文章编号：1006-1533(2012)05-0003-04
Virology research and development of antiviral drugs*
SHEN Yin-zhong1, PAN Xiao-zhang2, LU Hong-zhou1, 2**
(1. Shanghai Public Health Clinical Center, Fudan University, Shanghai, 201508; 2. Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai, 200040)
Abstract People have achieved a lot during the long-term fight against the viruses. The course about how viruses enter human body cells and the pathogenesis of the viruses have been clarified. With the progress in virologic research, many antiviral treatment drugs have been developed and applied to the clinical practice. The important achievements have been made in the treatment of viral diseases such as AIDS, viral hepatitis, flu and herpes virus viral diseases. However, when we face with various viral diseases, the effective treatment measures are still very limited. It is the key point of strengthening virology study to deepen our understanding of the pathogenesis of the virus for development of the new antiviral treatment measures. This paper introduces the progress in study and treatment of the clinical common viruses, and emphasizes that the virology research plays an important role in the development of antiviral therapy.
Key words antiviral drugs; HIV; hepatitis B virus; hepatitis C virus; influenza virus; herpes virus
长期以来，病毒性疾病一直困扰着人们，但人们在与之长时间的斗争中已取得了不少重要成就，主要反映在两个方面：一是研发了不少预防病毒感染的疫苗，二是开发了许多治疗病毒感染的药物。
在过去半个多世纪中，疫苗研发成绩斐然。例如，1980年世界卫生组织宣布，通过2个多世纪的牛痘接种，全世界已消灭了天花。其它预防病毒性疾病的疫苗的效果也很好：1）脊髓灰质炎病毒疫苗普遍应用后，美洲、西太平洋和欧洲地区分别于1994、2000和2004年宣布消灭了脊髓灰质炎；2）麻疹病毒疫苗自20世纪60年代应用后，美国1982年的麻疹发生率降至0.7/10万，中国1988年的麻疹发生率也降至8.9/10万；3）腮腺炎病毒疫苗的保护率可达93%～97%；４）风疹病毒疫苗应用后，美国风疹患者数减少了99%；５）乙型脑炎病毒疫苗的保护率为84%～100%；６）乙型肝炎病毒（HBV）疫苗的接种使感染者数大为减少，中国的HBV感染率已降至10%以下；７）甲型肝炎病毒疫苗应用后，抗体转阳率达84%～100%。
相比之下，治疗病毒感染的药物开发的成就尚远不尽人意。例如，1981年正式报告的人获得性免疫缺陷综合征（AIDS）虽于1983年发现其病原体为人免疫缺陷病毒（HIV）后即着手研究预防性疫苗，但20多年过去后仍未见“曙光”，目前全世界有3 000多万感染者和患者需要药物治疗。乙型肝炎病毒性肝炎（乙肝）的患者数虽在减少，但慢性乙肝患者只能接受药物治疗；其它一些非流行性的病毒性疾病如各种疱疹病毒感染也需要有更为有效的治疗药物。
病毒是利用宿主细胞增殖的，其在细胞内的生活周期和复制过程十分复杂。尽管常年努力，但与抗菌药物相比，抗病毒治疗药物的品种和效果均相对有限，原因就在于细菌的繁殖、代谢等过程及结构均较病毒简单。自1983年发现HIV以后，人们对HIV在宿主细胞中的生活周期和繁殖过程有了深入的了解，并针对HIV复制周期中的不同靶位开发了25种抗HIV治疗药物[1]，使艾滋病治疗不断得到优化。抗HIV治疗药物的巨大发展说明了病毒学研究的重要性，对其它病毒性疾病治疗药物的开发具有借鉴作用。
1 HIV生活周期中的重要环节及相对应的对抗药物
人们已经逐渐阐明了HIV在宿主细胞中的生活周期的关键过程，而对HIV复制周期的阐明可指导抗HIV治疗药物的开发，即利用HIV复制周期中的靶位开发针对这些靶位的对抗药物。
1）融合抑制剂[2]。
HIV借助其表面的糖蛋白gp120与宿主靶细胞表面的CD4分子紧密结合并随之发生构象变化，然后在糖蛋白gp41的参与下，HIV外膜与靶细胞发生融合，HIV“脱去”外壳，而其含有编码反转录酶、整合酶的基因和RNA的核心部分则被“注入”到宿主细胞内。人们针对HIV融合过程的阻断剂研究历时多年，2003年第一个融合抑制剂enfuvirtide才正式进入临床。
2）辅助受体拮抗剂[3]。
近年发现，在上述融合过程中，当HIV的gp120与靶细胞结合后需有辅助受体的参与才会出现构象变化、然后gp41才能顺利工作，这类辅助受体主要有CCR5和CXCR4两种。人们随之开始开发HIV辅助受体拮抗剂，其中针对CCR5的拮抗剂maraviroc已于2007年用于临床[1]。
3）反转录酶抑制剂[4]。
与宿主细胞融合后，HIV的核心部分进入宿主细胞的胞质，其中HIV的RNA会在反转录酶的作用下反转录为一条单链DNA，后者可以自身为模板再复制出第二条单链DNA，进而形成一双链DNA。反转录过程是用于抗HIV治疗药物开发的第一种靶位，1987年用于临床的第一个抗HIV治疗药物齐多夫定（AZT）就属于此类药物。AZT为胸苷类似物，会在宿主细胞内转化为有活性的脱氧胸苷-5’-三磷酸酯，由此与HIV DNA形成过程中的天然底物三磷酸脱氧胸嘧啶竞争反转录酶并被掺入病毒DNA、导致病毒DNA链合成中止。此后，模拟核苷作用的药物陆续用于临床，依上市顺序分别为去羟肌苷（ddI）、扎西他滨（ddC）、司他夫定（d4T）、拉米夫定（3TC）、阿巴卡韦（ABC）、替诺福韦（TDF）和恩曲他滨（FTC）等，它们的作用机制均与AZT相似，即先形成活性三磷酸代谢物、再与内源性三磷酸核苷竞争反转录酶并掺入病毒DNA中、导致病毒DNA链合成中止。这类药物在抗HIV治疗中占有重要地位，是抗HIV治疗的主要基础用药之一[1]。
上述药物常称为核苷类反转录酶抑制剂。1996年又出现了非核苷类反转录酶抑制剂，与核苷类反转录酶抑制剂的不同之处在于：（1）与反转录酶的结合点不同；（2）与反转录酶结合后可破坏该酶的催化点，从而抑制其活性。非核苷类反转录酶抑制剂现有依非韦仑（EFV）、奈韦拉平（NVP）、地拉韦定（DLV）和恩曲韦林（entravirin），以前两药常用，其中EFV是目前抗HIV治疗一线方案中的常用药物[1]。
4）整合酶抑制剂[5]。
前面提到的病毒双链DNA的一部分会在整合酶的作用下整合进入宿主细胞的染色体中，由此形成前病毒并在其内长期潜伏，但也可进一步活化和繁殖。整合酶作为抗HIV治疗药物的靶位的研究亦旷日持久，直到2007年第一个整合酶抑制剂雷特格韦（raltegravir）才用于临床。目前，美国已推荐雷特格韦用作抗HIV治疗一线方案的组分[1]。
5）蛋白酶抑制剂[6]。
上述前病毒可进入转录过程，通过转录产生病毒RNA和mRNA，后者能翻译成新的反转录酶、结构蛋白、调节蛋白和包膜蛋白等，但最初翻译的都是前蛋白如糖蛋白gp160，须在蛋白酶的作用下才能裂解为gp120和gp41，其它成熟蛋白的形成过程也相似。抑制蛋白酶就能阻断成熟蛋白的形成，进而使HIV病毒颗粒的装配受阻、HIV复制过程中止。蛋白酶抑制剂于1996年问世，以与核苷类反转录酶抑制剂组成联合治疗方案使用，现有沙奎那韦（SQV）、洛匹那韦（LPV）、利托那韦（RTV）、茚地那韦（IDV）、奈非那韦（NFV）、安福那韦（APV）、阿扎卡韦（ATV）、福沙那韦（FPV）、替拉那韦（TPV）和地瑞那韦（DRV）等，还有含利托那韦的增强型制剂如洛匹那韦/利托那韦等。目前临床上使用的蛋白酶抑制剂均是含小剂量利托那韦的增强型制剂[1]。
基于HIV病毒学的研究成果，人们开发出了作用于HIV复制过程中上述5个靶位的治疗药物，使得艾滋病从一种致死性疾病转变为一种可以治疗、但尚不能治愈的慢性疾病[7]。不过，由于HIV在整合过程后其双链DNA已稳定地整合在染色体中、由此形成病毒“储存池”，而“储存池”中的病毒难以通过现有的抗HIV治疗药物予以清除，致使目前艾滋病还难治愈。根治艾滋病仍有赖于人们对HIV病毒学研究的不断进步。
2 HBV病毒学研究成果与抗HBV治疗药物的发展
HBV感染率在我国一直处于高位，对其所致慢性乙肝的治疗效果也一直不理想。随着病毒学研究的深入，人们对HBV在肝细胞内的生活周期及繁殖过程有了更多了解。目前已知的HBV在肝细胞内的生活周期及重要的药物作用靶位如下――
1）吸附。
与所有病毒相同，病毒攻击靶细胞时须首先与靶细胞表面接触。HBV经与肝细胞上的受体结合而进入下一环节。
2）脱壳。
与HIV不同，HBV的此过程发生在肝细胞内。在肝细胞质内，HBV脱去外膜及核衣壳，其基因通过细胞核小孔转运至肝细胞核内。
3）共价闭环DNA形成。
进入肝细胞核的基因组成分中的松弛环状DNA（relaxed circular DNA, rcDNA）在DNA聚合酶的作用下延长正链，形成共价闭环DNA（covalent closed circular DNA，cccDNA）。
4）HBV mRNA形成。
以cccDNA为模板转录为基因组和亚基因组的HBV mRNA，后者共有4种，分别为3.5、2.4、2.1和0.7 kb mRNA。2.4、2.1和0.7 kb mRNA分别编码HBV结构中的不同蛋白；而部分3.5 kb mRNA属HBV前基因组，含有HBV DNA的全部遗传信息，也是反转录模板。该前基因组与DNA聚合酶一起包裹在核衣壳内，为核心颗粒，进入细胞质内后其所含HBV RNA会被反转录为DNA（负链），负链DNA再在DNA聚合酶的作用下形成正链DNA。
该反转录过程中的负链DNA形成和正链DNA合成均是抗HBV治疗药物开发的重要靶位，其中首先用于临床的是已获准治疗艾滋病的3TC。3TC为腺苷类似物，能在体内被磷酸化后与HBV DNA聚合酶的天然底物竞争，由此嵌入DNA链中而致DNA链中止。近年获准治疗慢性乙肝的TDF也是核苷类抗HIV治疗药物且同为腺苷类似物，作用机制与3TC类似。其它抗HBV治疗药物如恩替卡韦为鸟苷类似物，在体内形成三磷酸盐后与HBV DNA合成中的天然底物三磷酸脱氧鸟苷竞争；替比夫定为胸苷类似物，磷酸化后与HBV DNA合成中的天然底物胸腺嘧啶-5’-三磷酸酯竞争，对HBV DNA聚合酶有高度选择性；阿德福韦也为腺苷类似物。
5）双链DNA经外膜蛋白包装后分泌至细胞外，产生子代病毒。
随着HBV在肝细胞中的生活周期得到阐述，抗HBV治疗药物开发已获得了突破性的进展。除上述抗HBV治疗药物外，其它正在研究中的靶位包括：（1）阻断反转录过程前RNA的聚集，以减少负链DNA形成；（2）阻断HBV的包装及分泌。至于根治HBV，目前与HIV一样未见“曙光”，但其原因为尚无法清除cccDNA。
3 抗疱疹病毒治疗药物的发展[8]
疱疹病毒包括单纯疱疹病毒（HSV）Ⅰ型和Ⅱ型、水痘-带状疱疹病毒（VZV）、EB病毒和巨细胞病毒（CMV）等。疱疹病毒侵犯宿主细胞的过程与其它病毒相似，即包括吸附、穿入、脱壳、病毒核酸和蛋白合成以及病毒颗粒包装和新病毒自宿主细胞逸出等过程。早在1959年，人们就发现碘苷可抑制胸腺嘧啶合成酶、进而干扰疱疹病毒DNA的合成。但碘苷有严重的骨髓抑制副反应，遂被禁用。20世纪70年代，阿昔洛韦获准治疗疱疹病毒感染。阿昔洛韦为鸟苷类似物，会在疱疹病毒的胸苷激酶和细胞激酶的先后作用下被激活，进而与疱疹病毒的DNA聚合酶结合、阻止DNA合成。阿昔洛韦对HSV、VZV和EB均有作用。更新的更昔洛韦为2’-脱氧鸟苷类似物，在体内先被疱疹病毒的蛋白激酶磷酸化为单磷酸更昔洛韦、再转化为三磷酸更昔洛韦，后者与天然底物脱氧三磷酸鸟苷竞争DNA聚合酶、由此插入DNA链而中止DNA合成，更昔洛韦对CMV的作用较阿昔洛韦强100倍，对其它疱疹病毒的作用与阿昔洛韦相当。
磷甲酸较为特殊，属焦磷酸衍生物，是与疱疹病毒DNA聚合酶的焦磷酸盐解离部位结合、阻止核苷与DNA链结合、从而抑制DNA合成的。
4 抗流感病毒治疗药物的发展[9]
病毒学研究表明，流感病毒表面有两种重要物质，即溶血素和神经氨酸酶，其中前者负责与宿主细胞表面的吸附、参与穿入过程，后者则负责释放宿主细胞内繁殖的子代病毒、从而再感染其它细胞。奥司他韦是神经氨酸酶抑制剂，会在人的肝内转化为活性代谢物后与神经氨酸酶结合、进而抑制神经氨酸酶的作用，使繁殖病毒的释放中止。扎那米韦也是神经氨酸酶抑制剂，但用药不便。
5 抗丙型肝炎病毒治疗药物的发展[10]
丙型肝炎是可被治愈的疾病，现推荐的标准治疗方案是联合使用干扰素和利巴韦林，但存在许多不良反应，且不同基因型的丙型肝炎病毒（HCV）对此治疗方案的应答率也有很大差异，故人们正致力开发更为高效、低毒和使用方便的抗HCV治疗药物。随着对HCV病毒学研究的深入，目前抗HCV治疗药物开发已取得了重要进展，不少新型抗HCV治疗药物正在进行临床试验，主要包括非结构蛋白-3蛋白酶抑制剂、核苷和非核苷类非结构蛋白-5B聚合酶抑制剂以及非结构蛋白-5A抑制剂等。这些新药的临床试验结果令人鼓舞，抗HCV治疗有望得到优化。
6 抗病毒治疗药物开发任重道远
抗病毒治疗药物开发任重道远，其原因在于：1）病毒会发生变异，故治疗药物也需要不断更新。例如，核苷类似物治疗HBV感染的时间并不太长，但HBV已对许多药物耐药；更昔洛韦也面临CMV耐药的问题；奥司他韦的应用尚不普遍，但已有H1N1流感病毒对其耐药的报道。病毒耐药性的出现对临床抗病毒治疗提出了挑战，人们应加强病毒学研究以提高对病毒特性的认识、从而开发出更多的新药。2）病毒学研究的成果尚未全部被应用。除抗HIV治疗已有5种靶位的治疗药物之外，其它病毒还有不少药物靶位可供开发。3）目前还有许多病毒性疾病缺乏有效治疗药物。尽管干扰素可以抑制病毒的合成、翻译、装配和降解病毒mRNA等而似适用于所有病毒感染治疗，但作用不够强大；利巴韦林可通过多种机制抑制病毒核酸的合成，也属“广谱抗病毒药物”，但疗效也难令人满意。因此，人们仍需加强病毒学研究，以促进抗病毒治疗药物的研究与开发。
参考文献
[1] DHHS Panel on Antiretroviral Guidelines for Adults and Adolescents ― A Working Group of the Office of AIDS Research Advisory Council (OARAC). Guidelines for the use of antiretroviral agents in HIV-1-infected adults and adolescents. 2011 [EB/OL]. [2011-10-10]. aidsinfo.nih.gov/contentfiles/AdultandAdolescentGL.pdf.
[2] Poveda E, Rodes B, Toro C, et al. Are fusion inhibitors active against all HIV variants? [J]. AIDS Res Hum Retroviruses, 2004, 20(3): 347-348.
[3] Wilkin TJ, Su ZH, Kuritzkes DR, et al. HIV type 1 chemokine coreceptor use among antiretroviral-experienced patients screened for a clinical trial of a CCR5 inhibitor: AIDS Clinical Trial Group A5211 [J]. Clin Infect Dis, 2007, 44(4): 591-595.
[4] Arribas JR, Pozniak AL, Gallant JE, et al. Tenofovir disoproxil fumarate, emtricitabine, and efavirenz compared with zidovudine/lamivudine and efavirenz in treatment-naive patients ― 144-week analysis [J]. J Acquir Immune Defic Syndr, 2008, 47(1): 74-78.
[5] Steigbigel RT, Cooper DA, Kumar PN, et al. Raltegravir with optimized background therapy for resistant HIV-1 infection [J]. N Engl J Med, 2008, 359(4): 339-354.
[6] Ortiz R, Dejesus E, Khanlou H, et al. Efficacy and safety of once-daily darunavir/ritonavir versus lopinavir/ritonavir in treatment-naive HIV-1-infected patients at week 48 [J]. AIDS, 2008, 22(12): 1389-1397.
[7] Yeni P. Update on HAART in HIV [J]. J Hepatol, 2006, 44(Suppl 1): S100-S103.
[8] Humar A. Cytomegalovirus prevention: prophylaxis and preemptive therapy [J]. Transplantation, 2007, 84(Suppl 6): S11-S14.
[9] Moscona A. Drug therapy neuraminidase inhibitors for influenza [J]. N Engl J Med, 2005, 353(13): 1363-1373.
[10] Flisiak R, Parfieniuk A. Investigational drugs for hepatitis C [J]. Expert Opin Investig Drugs, 2010, 19(1): 63-75.
（收稿日期：2011-11-28）