病毒學研究與抗病毒治療藥物*

沈銀忠 潘孝彰 盧洪洲,**

（1.上海市（復旦大學附屬）公共衛生臨床中心 上海 201508；2.復旦大學附屬華山醫院 上海 200040）

長期以來，病毒性疾病一直困擾著人們，但人們在與之長時間的斗爭中已取得了不少重要成就，主要反映在兩個方面：一是研發了不少預防病毒感染的疫苗，二是開發了許多治療病毒感染的藥物。

在過去半個多世紀中，疫苗研發成績斐然。例如，1980年世界衛生組織宣布，通過2個多世紀的牛痘接種，全世界已消滅了天花。其它預防病毒性疾病的疫苗的效果也很好：1）脊髓灰質炎病毒疫苗普遍應用后，美洲、西太平洋和歐洲地區分別于1994、2000和2004年宣布消滅了脊髓灰質炎；2）麻疹病毒疫苗自20世紀60年代應用后，美國1982年的麻疹發生率降至0.7/10萬，中國1988年的麻疹發生率也降至8.9/10萬；3）腮腺炎病毒疫苗的保護率可達93%～97%；4）風疹病毒疫苗應用后，美國風疹患者數減少了99%；5）乙型腦炎病毒疫苗的保護率為84%～100%；6）乙型肝炎病毒（HBV）疫苗的接種使感染者數大為減少，中國的HBV感染率已降至10%以下；7）甲型肝炎病毒疫苗應用后，抗體轉陽率達84%～100%。

相比之下，治療病毒感染的藥物開發的成就尚遠不盡人意。例如，1981年正式報告的人獲得性免疫缺陷綜合征（AIDS）雖于1983年發現其病原體為人免疫缺陷病毒（HIV）后即著手研究預防性疫苗，但20多年過去后仍未見“曙光”，目前全世界有3 000多萬感染者和患者需要藥物治療。乙型肝炎病毒性肝炎（乙肝）的患者數雖在減少，但慢性乙肝患者只能接受藥物治療；其它一些非流行性的病毒性疾病如各種皰疹病毒感染也需要有更為有效的治療藥物。

病毒是利用宿主細胞增殖的，其在細胞內的生活周期和復制過程十分復雜。盡管常年努力，但與抗菌藥物相比，抗病毒治療藥物的品種和效果均相對有限，原因就在于細菌的繁殖、代謝等過程及結構均較病毒簡單。自1983年發現HIV以后，人們對HIV在宿主細胞中的生活周期和繁殖過程有了深入的了解，并針對HIV復制周期中的不同靶位開發了25種抗HIV治療藥物[1]，使艾滋病治療不斷得到優化。抗HIV治療藥物的巨大發展說明了病毒學研究的重要性，對其它病毒性疾病治療藥物的開發具有借鑒作用。

1 HIV生活周期中的重要環節及相對應的對抗藥物

人們已經逐漸闡明了HIV在宿主細胞中的生活周期的關鍵過程，而對HIV復制周期的闡明可指導抗HIV治療藥物的開發，即利用HIV復制周期中的靶位開發針對這些靶位的對抗藥物。

1）融合抑制劑[2]。

HIV借助其表面的糖蛋白gp120與宿主靶細胞表面的CD4分子緊密結合并隨之發生構象變化，然后在糖蛋白gp41的參與下，HIV外膜與靶細胞發生融合，HIV“脫去”外殼，而其含有編碼反轉錄酶、整合酶的基因和RNA的核心部分則被“注入”到宿主細胞內。人們針對HIV融合過程的阻斷劑研究歷時多年，2003年第一個融合抑制劑enfuvirtide才正式進入臨床。

2）輔助受體拮抗劑[3]。

近年發現，在上述融合過程中，當HIV的gp120與靶細胞結合后需有輔助受體的參與才會出現構象變化、然后gp41才能順利工作，這類輔助受體主要有CCR5和CXCR4兩種。人們隨之開始開發HIV輔助受體拮抗劑，其中針對CCR5的拮抗劑maraviroc已于2007年用于臨床[1]。

3）反轉錄酶抑制劑[4]。

與宿主細胞融合后，HIV的核心部分進入宿主細胞的胞質，其中HIV的RNA會在反轉錄酶的作用下反轉錄為一條單鏈DNA，后者可以自身為模板再復制出第二條單鏈DNA，進而形成一雙鏈DNA。反轉錄過程是用于抗HIV治療藥物開發的第一種靶位，1987年用于臨床的第一個抗HIV治療藥物齊多夫定（AZT）就屬于此類藥物。AZT為胸苷類似物，會在宿主細胞內轉化為有活性的脫氧胸苷-5’-三磷酸酯，由此與HIV DNA形成過程中的天然底物三磷酸脫氧胸嘧啶競爭反轉錄酶并被摻入病毒DNA、導致病毒DNA鏈合成中止。此后，模擬核苷作用的藥物陸續用于臨床，依上市順序分別為去羥肌苷（ddI）、扎西他濱（ddC）、司他夫定（d4T）、拉米夫定（3TC）、阿巴卡韋（ABC）、替諾福韋（TDF）和恩曲他濱（FTC）等，它們的作用機制均與AZT相似，即先形成活性三磷酸代謝物、再與內源性三磷酸核苷競爭反轉錄酶并摻入病毒DNA中、導致病毒DNA鏈合成中止。這類藥物在抗HIV治療中占有重要地位，是抗HIV治療的主要基礎用藥之一[1]。

上述藥物常稱為核苷類反轉錄酶抑制劑。1996年又出現了非核苷類反轉錄酶抑制劑，與核苷類反轉錄酶抑制劑的不同之處在于：（1）與反轉錄酶的結合點不同；（2）與反轉錄酶結合后可破壞該酶的催化點，從而抑制其活性。非核苷類反轉錄酶抑制劑現有依非韋侖（EFV）、奈韋拉平（NVP）、地拉韋定（DLV）和恩曲韋林（entravirin），以前兩藥常用，其中EFV是目前抗HIV治療一線方案中的常用藥物[1]。

4）整合酶抑制劑[5]。

前面提到的病毒雙鏈DNA的一部分會在整合酶的作用下整合進入宿主細胞的染色體中，由此形成前病毒并在其內長期潛伏，但也可進一步活化和繁殖。整合酶作為抗HIV治療藥物的靶位的研究亦曠日持久，直到2007年第一個整合酶抑制劑雷特格韋（raltegravir）才用于臨床。目前，美國已推薦雷特格韋用作抗HIV治療一線方案的組分[1]。

5）蛋白酶抑制劑[6]。

上述前病毒可進入轉錄過程，通過轉錄產生病毒RNA和mRNA，后者能翻譯成新的反轉錄酶、結構蛋白、調節蛋白和包膜蛋白等，但最初翻譯的都是前蛋白如糖蛋白gp160，須在蛋白酶的作用下才能裂解為gp120和gp41，其它成熟蛋白的形成過程也相似。抑制蛋白酶就能阻斷成熟蛋白的形成，進而使HIV病毒顆粒的裝配受阻、HIV復制過程中止。蛋白酶抑制劑于1996年問世，以與核苷類反轉錄酶抑制劑組成聯合治療方案使用，現有沙奎那韋（SQV）、洛匹那韋（LPV）、利托那韋（RTV）、茚地那韋（IDV）、奈非那韋（NFV）、安福那韋（APV）、阿扎卡韋（ATV）、福沙那韋（FPV）、替拉那韋（TPV）和地瑞那韋（DRV）等，還有含利托那韋的增強型制劑如洛匹那韋/利托那韋等。目前臨床上使用的蛋白酶抑制劑均是含小劑量利托那韋的增強型制劑[1]。

基于HIV病毒學的研究成果，人們開發出了作用于HIV復制過程中上述5個靶位的治療藥物，使得艾滋病從一種致死性疾病轉變為一種可以治療、但尚不能治愈的慢性疾病[7]。不過，由于HIV在整合過程后其雙鏈DNA已穩定地整合在染色體中、由此形成病毒“儲存池”，而“儲存池”中的病毒難以通過現有的抗HIV治療藥物予以清除，致使目前艾滋病還難治愈。根治艾滋病仍有賴于人們對HIV病毒學研究的不斷進步。

2 HBV病毒學研究成果與抗HBV治療藥物的發展

HBV感染率在我國一直處于高位，對其所致慢性乙肝的治療效果也一直不理想。隨著病毒學研究的深入，人們對HBV在肝細胞內的生活周期及繁殖過程有了更多了解。目前已知的HBV在肝細胞內的生活周期及重要的藥物作用靶位如下——

1）吸附。

與所有病毒相同，病毒攻擊靶細胞時須首先與靶細胞表面接觸。HBV經與肝細胞上的受體結合而進入下一環節。

2）脫殼。

與HIV不同，HBV的此過程發生在肝細胞內。在肝細胞質內，HBV脫去外膜及核衣殼，其基因通過細胞核小孔轉運至肝細胞核內。

3）共價閉環DNA形成。

進入肝細胞核的基因組成分中的松弛環狀DNA（relaxed circular DNA, rcDNA）在DNA聚合酶的作用下延長正鏈，形成共價閉環DNA（covalent closed circular DNA，cccDNA）。

4）HBV mRNA形成。

以cccDNA為模板轉錄為基因組和亞基因組的HBV mRNA，后者共有4種，分別為3.5、2.4、2.1和0.7 kb mRNA。2.4、2.1和0.7 kb mRNA分別編碼HBV結構中的不同蛋白；而部分3.5 kb mRNA屬HBV前基因組，含有HBV DNA的全部遺傳信息，也是反轉錄模板。該前基因組與DNA聚合酶一起包裹在核衣殼內，為核心顆粒，進入細胞質內后其所含HBV RNA會被反轉錄為DNA（負鏈），負鏈DNA再在DNA聚合酶的作用下形成正鏈DNA。

該反轉錄過程中的負鏈DNA形成和正鏈DNA合成均是抗HBV治療藥物開發的重要靶位，其中首先用于臨床的是已獲準治療艾滋病的3TC。3TC為腺苷類似物，能在體內被磷酸化后與HBV DNA聚合酶的天然底物競爭，由此嵌入DNA鏈中而致DNA鏈中止。近年獲準治療慢性乙肝的TDF也是核苷類抗HIV治療藥物且同為腺苷類似物，作用機制與3TC類似。其它抗HBV治療藥物如恩替卡韋為鳥苷類似物，在體內形成三磷酸鹽后與HBV DNA合成中的天然底物三磷酸脫氧鳥苷競爭；替比夫定為胸苷類似物，磷酸化后與HBV DNA合成中的天然底物胸腺嘧啶-5’-三磷酸酯競爭，對HBV DNA聚合酶有高度選擇性；阿德福韋也為腺苷類似物。

5）雙鏈DNA經外膜蛋白包裝后分泌至細胞外，產生子代病毒。

隨著HBV在肝細胞中的生活周期得到闡述，抗HBV治療藥物開發已獲得了突破性的進展。除上述抗HBV治療藥物外，其它正在研究中的靶位包括：（1）阻斷反轉錄過程前RNA的聚集，以減少負鏈DNA形成；（2）阻斷HBV的包裝及分泌。至于根治HBV，目前與HIV一樣未見“曙光”，但其原因為尚無法清除cccDNA。

3 抗皰疹病毒治療藥物的發展[8]

皰疹病毒包括單純皰疹病毒（HSV）Ⅰ型和Ⅱ型、水痘-帶狀皰疹病毒（VZV）、EB病毒和巨細胞病毒（CMV）等。皰疹病毒侵犯宿主細胞的過程與其它病毒相似，即包括吸附、穿入、脫殼、病毒核酸和蛋白合成以及病毒顆粒包裝和新病毒自宿主細胞逸出等過程。早在1959年，人們就發現碘苷可抑制胸腺嘧啶合成酶、進而干擾皰疹病毒DNA的合成。但碘苷有嚴重的骨髓抑制副反應，遂被禁用。20世紀70年代，阿昔洛韋獲準治療皰疹病毒感染。阿昔洛韋為鳥苷類似物，會在皰疹病毒的胸苷激酶和細胞激酶的先后作用下被激活，進而與皰疹病毒的DNA聚合酶結合、阻止DNA合成。阿昔洛韋對HSV、VZV和EB均有作用。更新的更昔洛韋為2’-脫氧鳥苷類似物，在體內先被皰疹病毒的蛋白激酶磷酸化為單磷酸更昔洛韋、再轉化為三磷酸更昔洛韋，后者與天然底物脫氧三磷酸鳥苷競爭DNA聚合酶、由此插入DNA鏈而中止DNA合成，更昔洛韋對CMV的作用較阿昔洛韋強100倍，對其它皰疹病毒的作用與阿昔洛韋相當。

磷甲酸較為特殊，屬焦磷酸衍生物，是與皰疹病毒DNA聚合酶的焦磷酸鹽解離部位結合、阻止核苷與DNA鏈結合、從而抑制DNA合成的。

4 抗流感病毒治療藥物的發展[9]

病毒學研究表明，流感病毒表面有兩種重要物質，即溶血素和神經氨酸酶，其中前者負責與宿主細胞表面的吸附、參與穿入過程，后者則負責釋放宿主細胞內繁殖的子代病毒、從而再感染其它細胞。奧司他韋是神經氨酸酶抑制劑，會在人的肝內轉化為活性代謝物后與神經氨酸酶結合、進而抑制神經氨酸酶的作用，使繁殖病毒的釋放中止。扎那米韋也是神經氨酸酶抑制劑，但用藥不便。

5 抗丙型肝炎病毒治療藥物的發展[10]

丙型肝炎是可被治愈的疾病，現推薦的標準治療方案是聯合使用干擾素和利巴韋林，但存在許多不良反應，且不同基因型的丙型肝炎病毒（HCV）對此治療方案的應答率也有很大差異，故人們正致力開發更為高效、低毒和使用方便的抗HCV治療藥物。隨著對HCV病毒學研究的深入，目前抗HCV治療藥物開發已取得了重要進展，不少新型抗HCV治療藥物正在進行臨床試驗，主要包括非結構蛋白-3蛋白酶抑制劑、核苷和非核苷類非結構蛋白-5B聚合酶抑制劑以及非結構蛋白-5A抑制劑等。這些新藥的臨床試驗結果令人鼓舞，抗HCV治療有望得到優化。

6 抗病毒治療藥物開發任重道遠

抗病毒治療藥物開發任重道遠，其原因在于：1）病毒會發生變異，故治療藥物也需要不斷更新。例如，核苷類似物治療HBV感染的時間并不太長，但HBV已對許多藥物耐藥；更昔洛韋也面臨CMV耐藥的問題；奧司他韋的應用尚不普遍，但已有H1N1流感病毒對其耐藥的報道。病毒耐藥性的出現對臨床抗病毒治療提出了挑戰，人們應加強病毒學研究以提高對病毒特性的認識、從而開發出更多的新藥。2）病毒學研究的成果尚未全部被應用。除抗HIV治療已有5種靶位的治療藥物之外，其它病毒還有不少藥物靶位可供開發。3）目前還有許多病毒性疾病缺乏有效治療藥物。盡管干擾素可以抑制病毒的合成、翻譯、裝配和降解病毒mRNA等而似適用于所有病毒感染治療，但作用不夠強大；利巴韋林可通過多種機制抑制病毒核酸的合成，也屬“廣譜抗病毒藥物”，但療效也難令人滿意。因此，人們仍需加強病毒學研究，以促進抗病毒治療藥物的研究與開發。

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