治疗艾滋病的HIV蛋白酶抑制剂
2022-08-21 01:44:50
正在咱们商议HIV卵白酶箝制剂之前，咱们先来看看艾滋病毒的人命周期，以助助咱们分析HIV卵白酶正在病毒复制中的功用。
HIV卵白酶是一种到场HIV人命全周期的病毒特异性酶。而卵白酶箝制剂则通过阻断病毒成熟而施展功用。
艾滋病病毒自己是一种病毒粒子，它通过性交、输血或笔直途径(从母亲到婴儿)进入血液。为了使病毒粒子穿透宿主细胞，其包膜突刺卵白gp120与T细胞膜上的CD4+爆发接触。这里gp120代外HIV包膜卵白上的分子量为120K道尔顿的糖卵白。
这种接触的进程叫做向性。一朝gp120和CD4爆发接触，病毒粒子正在另一种包膜糖卵白gp41的助助下，将其RNA遗传讯息“打针”到宿主细胞中。然则RNA并不是稀少行动的。它的“旅伴”网罗三种酶：逆转录酶、卵白酶和整合酶。箝制逆转录酶和卵白酶已被说明是最凯旋的有用医治手法，大大批已核准的艾滋病药物都以这两种酶为靶点。
HIV病毒一朝进入细胞中，就会脱掉它的卵白质外壳，将RNA链的遗传讯息和逆转录酶一道开释到细胞质中。正在细胞质内，病毒可能使用底物的上风，通过逆转录酶将RNA基因组逆转录为双链DNA副本。
HIV卵白酶是筑筑新病毒所必要的一种酶，负担将众卵白基因产品加工成性能成熟的卵白质。从素质上来说，少少大的病毒卵白质必需被卵白酶理会成具有安排性能的小卵白质。它正在病毒复制中起着闭头功用，无论是正在性能仍然组织上都是病毒卵白质的最佳特色。它是一种天门冬氨酸卵白酶，其催化机制近似于人类肾素。
其他人类天冬氨酸卵白酶网罗胃卵白酶、胃泌素和构制卵白酶。HIV卵白酶是由单体亚基对称二聚造成的，每个亚基都有一个催化的天冬氨酸残基。是以，很众制药公司最初筛选他们的老肾素箝制剂(用于安排血压)来寻找HIV卵白酶箝制剂就司空见惯了。卵白酶箝制剂看的计划彰彰鼓动了X射线晶体组织的可用性，答允直接调查联结到酶的箝制剂。
卵白酶功用于病毒人命周期的最终一步。卵白酶箝制剂正在核苷逆转录酶箝制剂发明之后不久被发明。1996年，跟着第一代HIV卵白酶箝制剂沙奎那韦、利托那韦和茚地那韦的问世，HIV卵白酶箝制剂的时间就此最先。
罗氏的沙奎那韦(saquinavir, Invirase)是美邦墟市上第一个HIV卵白酶箝制剂。早正在1986年，罗氏就发展了一项壮志凌云的邦际合营，以处置HIV卵白酶的题目。
由Ian Duncan和Sally Redshaw带领的正在英邦Welwyn的一个化学小组，正在采选比色阐发法行动体外试验后，行使“过渡态模仿”政策计划箝制剂，这种政策之前正在临盆强效肾素箝制剂方面极端凯旋。因为反响的过渡态具有最高的反响热力学能量，是以，过渡态模仿物不妨箝制酶的性能。
沙奎那韦依赖于羟基个人行动四面体过渡态的等构体，这一计划元素源于对肾素箝制剂的遍及寻找，肾素是另一种哺乳动物天冬氨酸卵白酶。化学家们很疾获得了一个紧要的里程碑式结果：通过界说最小的模仿肽，抵达可能告终给与的箝制水准。他们发明，三肽正在功用和生物利费用方面都是理念的。是以，三肽成为很众卵白酶箝制剂配合遵命的大旨。
罗氏团队正在微调三肽方面做出了庞大的勤奋，通过逐一装束每个氨基酸残基，体系地寻找了他们的先导化合物。他们的艰苦作事正在1991年取得了回报，沙奎那韦正在1995年12月取得FDA核准，成为墟市上第一种用于医治艾滋病的HIV卵白酶箝制剂。
固然沙奎那韦是一种拟肽药，很容易就能被代谢掉，但自后发明它与另一种卵白酶箝制剂利托那韦行动药物加强剂配合行使更有益。因为利托那韦箝制了肝脏中降解沙奎那韦的细胞色素P450 3A4(CYP3A4)酶，是以两种药物联络行使可能明显降低沙奎那韦的血浆水准。CYP3A4是肝脏中含量最充裕的CYP同工酶。别的，沙奎那韦的显现标记着将卵白酶箝制剂引入临床的鸡尾酒药物组合疗法的最先。[1]
雅培的利托那韦(ritonavir, Norvir)是墟市上第二种卵白酶箝制剂。利托那韦被发明的情况极端怪异。雅培团队由X射线晶体学家John Erickson和药物化学家Dale Kempf带领。据传默克有30名化学家到场他们的HIV卵白酶箝制剂项目，而Kempf唯有3名。
雅培没有像大大批制药公司那样筛选他们的肾素箝制剂，而是使用了Erickson对HIV卵白酶的X射线晶体学的推敲，这将被说明对他们的药物计划有助助。联结基于组织的药物计划(SBDD)和古板的药物化学，他们制备了一系列基于对称性的箝制剂，以配合HIV卵白酶的C2-对称本质。
由于他们的箝制剂联结到了酶的两侧, Kempf将它们称为分子花生酱(molecular peanut butter)。通过这种手法，他们找到了含有吡啶的四肽A-77003。固然A-77003正在联结和细胞试验中是有用的，但它有极高的人类胆道肃除率。通过消重分子量和用更可溶性的氨基酸庖代现有的氨基酸，他们告终了生物利费用的降低。
最终发明，吡啶末尾被肝细胞色素P450氧化为N-氧化物。浅易地用代谢更强的噻唑庖代吡啶，并举行少少微调。利托那韦的生物利费用为78%，而吡啶模仿物A-77003的生物利费用为26%。1996年3月，雅培的利托那韦取得了FDA的核准。[2]
雅培发明利托那韦无疑令人印象深远。但发明它之后的两件事，相似意思。个中一项涉及它的晶体形状，另一项涉及吉祥德发明的利托那韦近似物cobicistat，用作生物利费用加强剂。
1996年，雅培的利托那韦取得了FDA核准，并以商品名Norvir举行贩卖之后，行使原始结晶I临盆了该药物的活性药物因素(API)。因为利托那韦正在固体形态下没有生物利费用，因此它被制为口服溶液或半固体胶囊，都是正在乙醇-水溶液中。
1998岁首，利托韦那上市两年后，原料药的临盆最先显现题目：很众批次最先酿成一种新的、差别的、极难溶化的晶体形态II，只管晶体形态I最最先也很难溶。新的晶体形态II有一个遍及的分子间氢键搜集，它正在热力学上比正本的I更平稳。一朝有了II的晶体种子，无论它是何等渺小和微观，大自然老是会把API转换成热力学上更平稳的晶型II。
一组接触过晶体II的科学家观察了雅培正在意大利的筑筑工场，观察了利托那韦的批量临盆进程。自后，正在工场的临盆进程中，多量的晶型II最先显现正在原料药的临盆进程中。这种情形确实让雅培陷入了营销危殆。雅培的制药化学家们费尽兴绪才念出了一种只临盆原始剂型I的手法：为了抗御剂型II的造成，半固态胶囊或口服剂型正在行使前必要冷藏等门径。[3]
利托那韦凯旋后的另一个故事爆发正在加州Foster City的吉祥德。意思的是，当很众其他卵白酶箝制剂被CYP3A4代谢时，利托那韦基于将药物运送到细胞外这一机制，有用地箝制了CYP3A4和P-糖卵白(Pgp)。是以，它可能与CYP3A4卵白酶箝制剂或其他药物配合行使，补充血浆水准。
是以，双卵白酶箝制剂正在疗效和消重耐药性方面已说明是强有用的医治计划。低剂量利托那韦现正在重要用作HIV箝制剂的药代动力学(PK)加强剂，也被称为药物加强剂。药物加强剂是一种自己通俗对医治靶点不具活性，但可能箝制使活性药物代谢的酶。是以，药物加强剂可能革新抗病毒药物的PK谱，以更低的剂量和更少的次数抵达足够的谷浓度(药物不才一次给药前所抵达的最低浓度)。
吉祥德与日本Tobacco公司合营开荒了HIV整合酶箝制剂挨替拉韦(elvitegravir，Vitekta, 2014)。缺憾的是，只管挨替拉韦是一种有用的整合酶链转变箝制剂(INSTI)，但它正在肝脏和肠道中被CYP3A4遍及代谢，不或者举行一天一次的医治。只管行使亚医治剂量的利托那韦有或者惹起对其他卵白酶箝制剂的耐药性，但当与利托那韦一道给药时，显现了较好的药物裸露补充。
是以吉祥德决心临盆一种只可通过箝制CYP3A4介导的代谢来降低生物利费用，但全体不箝制HIV卵白酶的药物；同时，高水溶性和优秀的理化本质也有利于举行药物制备。固然利托那韦的水溶性较差，但正在药物化学负担人Manoj Desai的带领下，由Lianhong Xu带领的团队以利托那韦为起始，推敲出了一种有用的、口服生物利费用高的采选性CYP3A4箝制剂cobicistat。
科学家们敲掉了利托那韦上的一个羟基，由于它模仿了酰胺水解的过渡形态：通过与HIV卵白酶活性位点催化域的两个氨基酸造成氢键，而没相闭键羟基的分子险些无法与HIV卵白酶联结。Cobicistat于2012年取得FDA核准，吉祥德将其以Tybost的商品名出售，已与众种抗逆转录病毒药物联络行使。[4]
正在药物发明中，当两种药物被雷同的肝脏CYP酶代谢时，就会爆发药物-药物互相功用(DDI)。它们通俗有充足的出处被以为是一种“欠债”。比方，拜耳的他汀类药物cerivastatin(Baycol)正在与消重胆固醇的纤维类药物一道服用时，会导致紧要的肝毁伤。由于这两种药物都是由CYP3A4代谢，肝脏却没有足够的CYP3A4酶来同时间谢这两种药物，从而就会出现毒性。
但有了利托那韦和cobicistat如许的药物加强剂，咱们可能把药物的“欠债”酿成“资产”。当药物加强剂使肝脏的CYP酶勤苦时，抗病毒药物可能埋头于杀死病毒，而不消提防我方。Cobicistat可能使逐日一次的含卵白酶箝制剂的单片医治成为或者。
默克的茚地那韦(indinavir, Crixivan)是墟市上第三个卵白酶箝制剂。默克于1986年最先了对HIV卵白酶箝制剂的推敲，当时分子生物学部分的高级主任Irving Sigal是该项方针带动人。他们最初也筛选了肾素箝制剂对HIV卵白酶的箝制功用，然后使用已知的HIV卵白酶晶体组织举行合理的药物计划，该晶体组织由默克最先发明，NIH的科学家优化。
1990年，化学家Wayne Thompson发明了L-689,502，它能有用箝制HIV卵白酶，但缺乏肾素活性。然而，它唯有打针才有用，没有生物可使用性。随后，受到文献中可行的口服药物沙奎那韦发动，Joseph Vacca凯旋地将沙奎那韦的一个片断植入了L-689,502。
1989年，Vacca团队的新员工Bruce Dorsey和他的同事Rhonda Levin凯旋合成了茚地那韦。固然正在单药医治试验中，大约40%的患者正在服用该药6个月后，RNA低于400拷贝/毫升，但正在少少患者中，HIV病毒对茚地那韦出现了耐药性。好运的是，他们发明，茚地那韦和AZT或拉米夫定(Epivir)联结不妨极端有用地箝制病毒水准。
默克春联络疗法的推敲率先说明了鸡尾酒疗法的疗效，并成为业界准则。茚地那韦正在1996年1月向FDA提交申请后，于1996年3月正在加快审查进程中取得核准。[5]
Vertex公司正在卵白酶箝制剂规模起步较晚。借助晶体学和盘算推算机辅助药物计划，Vertex和他们正在Kissei公司的日本合营家发明了amprenavir，这是一种极端有用的皮摩尔HIV卵白酶箝制剂。
它必要较高的赋形剂与药物的比例，来保障胃肠道的溶化度和最终的接收。Vertex持续制备其磷酸酯前药福沙那韦(fosamprenavir)，其水溶液溶化度补充了8倍(0.31 g/mL)。前药福沙那韦于2005年取得核准，Vertex和GSK将其以Lexva的商品名举行出售。
卵白酶箝制剂或者是抗逆转录病毒类中最有用的，一个人道理是它们通俗具有较高的耐药性基因屏蔽。早期行使的第一代卵白酶箝制剂沙奎那韦、利托那韦、茚地那韦、奈非那韦并没有使用对CYP3A4箝制的鼓动功用。
只管如许，这些箝制剂的药代动力学性情并不睬念。只管具有很高的遗传阻滞，但这些第一代卵白酶箝制剂最终确实显现了耐药性。自后，利托那韦供给的药代动力学加强使得给药频率消重，很众药物可能每天给药一次，并且因为逐日血浆谷浓度大大降低，耐药性的遗传屏蔽更高。
固然最初的利托那韦鼓动计划是与第一代卵白酶箝制剂一道举行的，但更有用和更安静的第二代箝制剂的开荒预示着鸡尾酒计划新时间的到来。这些第二代箝制剂网罗福沙那韦(amprenavir的前药)、洛匹那韦(lopinavir)、阿扎那韦(atazanavir)、替普那韦(tipranavir)和达芦那韦(darunavir)。
很众第一代卵白酶箝制剂都是拟肽药。它们是基于一种修正的仿肽模子计划的，个中肽基底物的可朋分键被弗成朋分的过渡态拟态庖代。咱们老是必要多量的药物化学推敲来井井有条地装束肽的每一个细节，为了取得一种有用的、具有生物有用性的药物。因为早期卵白酶箝制剂对代谢的易损性，险些一起这些药物都必需与利托那韦一道行动PK加强剂。Upjohn则采纳了差别的手法。
密歇根州Kalamazoo的Upjohn不念采用拟肽法。相反，他们正在20世纪90年代早期对5000种差别的现有史籍化合物举行了中等通量筛选。与即日的高通量筛选(HTS)向例地筛数百万种化合物比拟，5000种化合物好像小得乖谬。只管如许，他们仍然判定出血液稀释剂华法林是HIV卵白酶的弱箝制剂。
碰巧的是，他们正在密歇根州Ann Arbor的Parke–Davis的邻人从闭联的筛选作事中发明了近似的基质。只管华法林的功用远不如仿胃卵白酶箝制剂，但它因其遍及的生物利费用，仍具有吸引力。素质上，Upjohn更偏向于药物代谢动力学而不是药效。
随后，他们对与华法林近似的化合物举行了要点筛选，确定了华法林近似物Phenprocoumon，是一种已知的口服活性抗凝剂。Phenprocoumon的功用是华法林的30倍，而且正在细胞试验中仍然最先显示抗病毒活性。Phenprocoumon-卵白酶复合物的晶体组织对改日卵白酶箝制剂的药物计划有很大的助助。
使用盘算推算机辅助，基于组织的药物发明平台(SBDD)， Upjohn取得了他们的第一代临床候选药物。但自后它被更有用的近似物取而代之。他们的第二代临床候选药物再次被放弃，由于它固然具有极端高的卵白质联结度，但与现代最生动的消化性模仿药物比拟，其功用已经有限。
第三代就凯旋了。他们最终研制出了安静性和有用性都更好的第三代临床候选药物替普那韦，商品名为Aptivus，于2005年取得FDA核准。缺憾的是，与其他卵白酶箝制剂比拟，替普那韦副功用紧要。[6]
1988年，Ghosh正在哈佛大学告终了E.J. Corey的博士后培训后，正在默克位于宾夕法尼亚州West Point的基地作事了6年，到场了HIV卵白酶箝制剂的发明。但正在1994年，他决心正在伊利诺伊州立大学的芝加哥分校最先他的学术生计，2005年前去普渡大学。
为了更好的发明HIV卵白酶箝制剂，Ghosh采用了“骨架联结”的计划观念，以最事势部地与HIV卵白酶的活性位点互相功用，格外是鼓动与卵白质主干原子的遍及氢键。他的团队最初正在罗氏的沙奎那韦上装置了一个四氢呋喃(THF)环。自后，通过联结默克茚地那韦的左旋性情，Ghosh取得了一种极端好的含有四氢呋喃的卵白酶箝制剂。
同时，Vertex/Kissei也到场了近似的3-(S)-THF基序行动其磺胺化合物的P2配体。意思的是，实践上Searle正在含磺胺的卵白酶箝制剂上有优先权，只管最终因卵白质联结和代谢题目腐臭，但Vertex不得不正在1995年向Searle支拨2500万美元来处置专利题目。
正在药物发明规模，人们老是互相进修。固然Vertex“借用”了Ghosh的THF片断，但Ghosh也绝不含羞地“借用”了Vertex的磺胺个人。对Ghosh来说，为了坚固我方的常识产权身分，并通过更众的氢键加强功用，他创造确一个双THF基团来庖代THF片断。最终取得了达芦那韦，而通用名称中的“arun”无疑是对创造者的致敬。达芦那韦的研发是由Janssen的子公司Tibotec举行的。该药于2006年取得核准，Janssen公司以Prezista的商品名贩卖该药。[7]
PK加强的第二代卵白酶箝制剂掩盖了最初的卵白酶耐药，使得对第一代药物出现耐药的患者可能连气儿行使卵白酶箝制剂。看待更有用的第二代箝制剂越发如许。
最终，险些一起的HIV卵白酶箝制剂，网罗最新和最好的达鲁那韦，都必要与药代动力学加强剂(如利托那韦或cobicistat)一道服用，以便正在盼望的剂量和频率下抵达有用的血浆水准。令人欣慰的是，卵白酶箝制剂的行使将艾滋病患者的亡故率消重了70%。