HIV蛋白酶抑制劑的設(shè)計(jì)

CatalogintroductionThepathogenesisofAIDSHIV-PRinhibitor'sbiologicalfunctionResearchanddevelopment目前一頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)Introduction

艾滋病，即獲得性免疫缺陷綜合征（AcquiredImmuneDeficiencySyndrome，AIDS），是人類因?yàn)楦腥救祟惷庖呷毕莶《荆℉umanImmunodeficiencyVirus，HIV）后導(dǎo)致免疫缺陷，并發(fā)一系列機(jī)會(huì)性感染及腫瘤，嚴(yán)重者可導(dǎo)致死亡的綜合征。目前，艾滋病已成為嚴(yán)重威脅世界人民健康的公共衛(wèi)生問題。1983年，人類首次發(fā)現(xiàn)HIV。目前，艾滋病已經(jīng)從一種致死性疾病變?yōu)橐环N可控的慢性病。目前二頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)Introduction

現(xiàn)HIV分為HIV-1和HIV-2，主要流行的為HIV-1。HIV-1為直徑約100~120nm球形顆粒，由核心和包膜兩部分組成。核心包括兩條單股RNA鏈、核心結(jié)構(gòu)蛋白和病毒復(fù)制所必須的酶類，含有逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋白酶。HIV含群抗原基因（gag）、聚合酶基因（pol）和包膜基因（env）等結(jié)構(gòu)基因。目前三頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前四頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前五頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)艾滋病毒的出芽繁殖產(chǎn)生包膜目前六頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前七頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)Pathogenesis

HIV作用的靶細(xì)胞是CD4+T細(xì)胞，巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞。其致病機(jī)理概括來說就是通過病毒顆粒的不斷復(fù)制而造成CD4+T細(xì)胞的大量破壞，從而破壞免疫平衡造成免疫缺陷，從而引起機(jī)會(huì)感染和惡性腫瘤的發(fā)生。目前八頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)(一)病毒感染過程1.原發(fā)感染HIV需借助于易感細(xì)胞表面的受體進(jìn)入細(xì)胞，包括第一受體和第二受體。HIV進(jìn)入人體后，在24—48小時(shí)內(nèi)到達(dá)局部淋巴結(jié)，約5天左右在外周血中可以檢測(cè)到病毒成份。繼而產(chǎn)生病毒血癥，導(dǎo)致急性感染。2.HIV在人體細(xì)胞內(nèi)的感染過程吸附及穿入：HIV-1感染人體后，選擇性的吸附于靶細(xì)胞的CD4受體上，在輔助受體的幫助下進(jìn)入宿主細(xì)胞。經(jīng)環(huán)化及整合、轉(zhuǎn)錄及翻譯、裝配、成熟及出芽，形成成熟的病毒顆粒。目前九頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)（二）體內(nèi)抗HIV免疫反應(yīng)

抗HIV免疫反應(yīng)包括特異性免疫和非特異性免疫反應(yīng)，以特異性免疫反應(yīng)為主。包括特異性體液免疫和特異性細(xì)胞免疫，人體免疫系統(tǒng)主要通過針對(duì)HIV蛋白的各種特異性抗體、特異性CD4+T淋巴細(xì)胞免疫反應(yīng)和CTL直接或分泌各種細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子,干擾素等)，抑制病毒復(fù)制。目前十頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)（三）發(fā)病機(jī)制1.CD4+T淋巴細(xì)胞數(shù)量減少急性感染期潛伏期有病狀期2.CD4+T淋巴細(xì)胞功能障礙主要表現(xiàn)為T輔助細(xì)胞1(Th1)細(xì)胞被T輔助細(xì)胞2(Th2)細(xì)胞代替、抗原遞呈細(xì)胞功能受損、白細(xì)胞介素-2產(chǎn)生減少和對(duì)抗原反應(yīng)活化能力喪失，使HIV/AIDS病人易發(fā)生各種感染。目前十一頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)（三）發(fā)病機(jī)制3.異常免疫激活HIV感染后，CD4+、CD8+T淋巴細(xì)胞表達(dá)CD69、CD38和HLA-DR等免疫激活標(biāo)志物水平異常的升高。4.免疫能力缺陷免疫能力缺陷引起機(jī)會(huì)感染和惡性腫瘤的發(fā)生。目前十二頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)HIV-1蛋白酶HIV-1蛋白酶晶體的三維結(jié)構(gòu)是一個(gè)對(duì)稱的同質(zhì)二聚體,每一條肽鏈由99個(gè)氨基酸組成,單體相對(duì)分子質(zhì)量約為12000,每條單體都含有特異的口片層、β轉(zhuǎn)角及伸展的多肽鏈結(jié)構(gòu)。2個(gè)柔軟的富含甘氨酸的口發(fā)卡結(jié)構(gòu)和2個(gè)天冬氨酸一蘇氨酸一甘氨酸一一片段構(gòu)成了其活性中心。目前十三頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)HIV蛋白酶晶體結(jié)構(gòu)目前十四頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)HIV-PRinhibitor'sbiologicalfunction

HIV-1蛋白酶屬于天冬氨酸蛋白酶，在病毒復(fù)制過程中主要作用是將gag和gag-pol基因產(chǎn)物裂解成病毒成熟所需要的結(jié)構(gòu)蛋白（基質(zhì)、殼、核殼）和酶類（蛋白酶、整合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶）。HIV蛋白酶抑制劑抑制該酶的活性，使HIV不能進(jìn)一步的成熟和復(fù)制，使病毒不能正常裝配，同時(shí)使其失去侵染能力，故HIV蛋白酶特異性抑制劑是治療艾滋病的重要途徑。目前十五頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前十六頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)HIV抑制劑擬肽類蛋白抑制劑沙奎那韋、茚地那韋、利托那韋等缺點(diǎn)：口服性不好，耐藥性差非肽類蛋白抑制劑二氫吡喃酮類環(huán)脲類目前十七頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)計(jì)算機(jī)藥物輔助設(shè)計(jì)兩個(gè)重要的研究對(duì)象就是受體和配體，本質(zhì)是受體與配體結(jié)合，在氫鍵，C...H等一系列作用力進(jìn)行相互作用下，考慮受體、配體的理化性質(zhì)，藥物在體內(nèi)代謝等，利用一系列軟件和計(jì)算和打分工具，對(duì)于取代官能團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換和修飾，最終獲得最優(yōu)修飾構(gòu)象及最低能量的藥物分子。目前十八頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前十九頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)基于靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)搜尋三維結(jié)構(gòu)搜尋利用計(jì)算機(jī)人工智能的模擬技術(shù)，把三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的小分子數(shù)據(jù)逐一與搜尋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配比較，尋找符合特定性質(zhì)和三維結(jié)構(gòu)形狀的命中結(jié)構(gòu)分子對(duì)接受體和配體間通過能量匹配和空間匹配而相互識(shí)別形成分子復(fù)合物，并預(yù)測(cè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)匹配計(jì)算篩選、修飾最優(yōu)結(jié)構(gòu)計(jì)算受體與藥物相互作用能量，分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算機(jī)體外試驗(yàn)篩選，修飾官能團(tuán)取代基能量最低，作用強(qiáng)，與受體匹配度高目前二十頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)擬肽類HIV蛋白抑制劑HIV蛋白酶的底物是肽。底物蛋白的肽鍵在水解過程中，一個(gè)水分子被天冬氨酰殘基的羧基所極化，水分子中的氧原子親核攻擊將要斷裂的酰胺鍵的羰基，產(chǎn)生一個(gè)四面體型過渡中間體，然后分裂形成氨基和羧基化合物。如果將短肽底物中能被HIV蛋白酶加工分裂的肽鍵用不可裂解的電子等排物替代，同時(shí)考慮到藥物的在體內(nèi)的傳輸、吸收和代謝的生物功能，對(duì)于某些取代官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，可以獲得一些類肽類的HIV蛋白酶抑制劑。當(dāng)這些抑制劑與HIV蛋白酶結(jié)合后，可以使HIV蛋白酶的柔性區(qū)關(guān)閉，于是可以抑制HIV蛋白酶的活性。目前二十一頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前二十三頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)非肽類：環(huán)脲類化合物基本思路：以肽類抑制劑二醇為先導(dǎo)化合物，其與HIV-PR復(fù)合物結(jié)合過程中存在4配位的水分子，水分子的配位在能量上有利，并與抑制劑的抑制活性有關(guān)，利用計(jì)算機(jī)3D結(jié)構(gòu)搜索方法，將線性的肽類抑制劑改變成剛性的環(huán)狀非肽結(jié)構(gòu)，同時(shí)引入模擬水分子的結(jié)構(gòu)部分和親脂性的部分，以能與酶結(jié)合。目前二十四頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)目前二十五頁\總數(shù)二十七頁\編于十三點(diǎn)基本步驟1.用距離幾何法從抑制劑-HIV-PR復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)得到抑制劑二醇的藥效集團(tuán)模型和3D幾何搜尋詢問條件；2.搜尋得到命中目標(biāo)三聯(lián)苯類化合物3.化合物的修飾和篩選：將中央苯環(huán)改為環(huán)脲