薛圣志，畢金龍，惠新平,＊，武全香,＊

1 蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730000

2 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730000

病毒是一類嚴(yán)重危害人類生命健康的病原體，具有傳播速度快、傳播力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，新型冠狀病毒感染(COVID-19)正在全球流行，被世界衛(wèi)生組織列為緊急情況下優(yōu)先研究的疾病。雖然抗病毒藥物研發(fā)取得了較大進(jìn)展，但現(xiàn)有的抗病毒藥物和療法仍有較多局限，無法滿足臨床應(yīng)用需求，研發(fā)新機(jī)制和新結(jié)構(gòu)的抗病毒藥物迫在眉睫。

抗病毒藥物按照分子量不同分為小分子藥物和大分子藥物。小分子藥物以給藥方式靈活，可口服；潛在作用靶點(diǎn)較多，機(jī)制多樣，可進(jìn)入細(xì)胞膜；生產(chǎn)成本相對(duì)較低，質(zhì)量控制相對(duì)較好等優(yōu)勢(shì)占據(jù)研發(fā)領(lǐng)域的絕大部分。近期更多的新模式和新生物方法為小分子藥物的發(fā)現(xiàn)和研究帶來了便利，大多數(shù)制藥公司都在以更多樣的方式進(jìn)行藥物研究[1]。目前，每年由美國食品藥品管理局(Food and drug administration，F(xiàn)DA)批準(zhǔn)的抗病毒藥物有3–4種，其中小分子藥物2–3種[2]。新型冠狀病毒感染和艾滋病是人類重點(diǎn)關(guān)注的疾病，病毒引起的流行性感冒作為一種全球重點(diǎn)公共衛(wèi)生問題，傳播廣泛，易爆發(fā)流行，抗病毒藥物研究受到了人們的廣泛關(guān)注。本文介紹了2020年以來上市的抗新型冠狀病毒和抗艾滋病毒藥物的研究進(jìn)展，同時(shí)介紹了一種最近由FDA批準(zhǔn)的抗流感病毒藥物。

1 抗新型冠狀病毒藥物

新型冠狀病毒是一類具有包膜、基因組為線性單股正鏈的核糖核酸病毒，外膜存在多種跨膜蛋白，通過結(jié)合宿主細(xì)胞受體感染。病毒進(jìn)入細(xì)胞后直接以自身遺傳物質(zhì)為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，并通過RNA聚合酶生成負(fù)鏈模板，進(jìn)行基因組的擴(kuò)增和病毒結(jié)構(gòu)蛋白的合成，裝配完成后通過胞吐的方式完成復(fù)制。抗新型冠狀病毒藥物研究的作用靶點(diǎn)主要集中在病毒包膜表面刺突蛋白的中和抗體和病毒復(fù)制周期關(guān)鍵酶抑制劑，藥物通過阻斷刺突蛋白與受體結(jié)合或影響病毒復(fù)制過程實(shí)現(xiàn)抗病毒。目前，抗新型冠狀病毒藥物，如莫努匹韋和瑞德西韋都是核苷類似物，作用人群有明顯局限，較多藥物相互作用更限制了其應(yīng)用。FDA批準(zhǔn)或授權(quán)的莫努匹韋和瑞德西韋可抑制病毒復(fù)制周期，帕克斯洛維德作為代表性口服藥物在新型冠狀病毒感染的臨床治療中取得了較好效果。

1.1 莫努匹韋

莫努匹韋(Molnupiravir，商品名Lagevrio，1，圖1)是由美國默克(Merck)公司研發(fā)，2021年11月4日由英國藥品和保健品管理局批準(zhǔn)，全球第一個(gè)上市的治療新型冠狀病毒感染藥物，主要用于治療具有發(fā)展為中癥和重癥新型冠狀病毒感染風(fēng)險(xiǎn)的輕、中度成人患者。

圖1 莫努匹韋、EIDD-1931和EIDD體內(nèi)三磷酸化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)

1.1.1 前藥修飾過程

莫努匹韋是β-D-N4-羥基胞苷(EIDD-1931，2，圖1)的前藥[3]。研究發(fā)現(xiàn)，EIDD-1931雖具有良好的抗新型冠狀病毒活性，但其結(jié)構(gòu)中存在多個(gè)羥基和氮原子，親水性較強(qiáng)，體內(nèi)代謝迅速。為此，研究者將核糖5’-碳上的羥基用異丁酸酐酯化，降低了親水性，進(jìn)而降低體內(nèi)代謝速度，延長藥物作用時(shí)間，得到了臨床治療效果良好的莫努匹韋。

1.1.2 藥物作用機(jī)制

如圖2所示，莫努匹韋在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化為核苷酸類似物2(圖1)，三磷酸化產(chǎn)物3(圖1)在細(xì)胞內(nèi)參與病毒的RNA轉(zhuǎn)錄過程。3作為三磷酸化核苷酸類似物轉(zhuǎn)錄完成的病毒RNA存在突變，不能表達(dá)出正常蛋白質(zhì)，影響病毒復(fù)制周期，使體內(nèi)病毒載量保持在低水平，實(shí)現(xiàn)抗病毒作用[4,5]。

圖2 莫努匹韋體內(nèi)系列轉(zhuǎn)化后參與病毒RNA合成過程

1.1.3 莫努匹韋的合成

莫努匹韋的合成以尿嘧啶核苷(4)為原料(圖3)，首先在酸性條件下用丙酮保護(hù)五碳糖的鄰二羥基，同時(shí)氨基成鹽。然后用異丁酸酐使5’-位酯化和4-位酰胺化，之后在羥胺溶液中得到化合物7，最后脫保護(hù)得到莫努匹韋[6]。分析發(fā)現(xiàn)，莫努匹韋以及體內(nèi)活性物質(zhì)β-D-N4-羥基胞苷比尿嘧啶更易與腺嘌呤形成氫鍵，通過競(jìng)爭(zhēng)配對(duì)，以代謝拮抗方式實(shí)現(xiàn)抗病毒。

圖3 莫努匹韋的一種合成路線

1.2 帕克斯洛維德

帕克斯洛維德(Paxlovid)是由美國輝瑞制藥公司(Pfizer)研發(fā)，2021年11月22日FDA批準(zhǔn)獲得緊急使用授權(quán)。它主要含有兩種藥物：奈瑪特韋(Nirmatrelvir，8，圖4)和利托那韋(Ritonavir，9，圖4)。此藥用于治療SARS-CoV-2病毒檢測(cè)陽性且癥狀為輕至中度的成人和兒童，患者必須≥12歲、體重≥40 kg，是目前最為廣泛使用的治療藥物。奈瑪特韋是SARS-CoV-2的3CL特異性蛋白酶(3CL Protease，3CLpro)抑制劑，而利托那韋是蛋白酶抑制藥，對(duì)于SARS-CoV-2的3CLpro沒有活性，小劑量利托那韋有助于減緩奈瑪特韋代謝或分解，增加其血漿濃度。

圖4 奈瑪特韋、利托那韋及奈瑪特韋結(jié)構(gòu)修飾關(guān)鍵中間體的分子結(jié)構(gòu)

1.2.1 藥物發(fā)現(xiàn)和奈瑪特韋的修飾

2003年，在SARS-CoV-1流行期間，Hoffman等人[7]開發(fā)了對(duì)3CLpro具有強(qiáng)抑制作用的羥甲基酮衍生物(PF-00835231，10，圖4)。因SARS-CoV-2和SARS-CoV-1的3CLpro序列的活性位點(diǎn)具有96%和100%同一性，他們研究用該化合物治療COVID-19?；衔?0活性好且代謝穩(wěn)定，但滲透性和口服利用度低，難以口服給藥。由于較多的氫鍵給體與生物利用度低有關(guān)，他們將10的α-羥甲基酮修飾為氰基得到化合物11。11的口服利用度提高，但活性明顯降低。隨后，引入苯并噻唑和環(huán)丙烷并四氫吡咯結(jié)構(gòu)得到化合物12。12的滲透性顯著提升，但因環(huán)丙烷并四氫吡咯結(jié)構(gòu)單元占據(jù)了疏水口袋，導(dǎo)致活性遠(yuǎn)不如10。研究發(fā)現(xiàn)12的吲哚結(jié)構(gòu)單元并沒有很好地占據(jù)口袋，進(jìn)而將吲哚修飾為甲基磺酰胺，進(jìn)一步優(yōu)化為三氟乙酰胺，并將苯并噻唑修飾為氰基得到了奈瑪特韋[8]。

1.2.2 作用機(jī)制

3CLpro是SARS-CoV-2在生物體內(nèi)復(fù)制的一種關(guān)鍵蛋白酶，抑制3CLpro的活性是抑制SARSCoV-2復(fù)制的理想手段。如圖5所示，奈瑪特韋進(jìn)入細(xì)胞后，與3CLpro共價(jià)結(jié)合，并占據(jù)其切割長肽鏈的結(jié)合位點(diǎn)[9]，從而抑制3Clpro活性，進(jìn)而抑制pp1a和pp1ab蛋白水解，阻止病毒復(fù)制。

圖5 奈瑪特韋的作用機(jī)制

1.2.3 構(gòu)效關(guān)系

在結(jié)構(gòu)上，SARS-CoV-2的3CLpro有嚴(yán)格的谷氨酰胺底物偏好。奈瑪特韋分子中，吡咯烷酮作為谷氨酰胺側(cè)鏈的模擬物。吡咯烷酮在谷氨酰胺側(cè)鏈的較高柔韌性上提供剛性，作用時(shí)通過減少結(jié)構(gòu)變化以降低構(gòu)象熵?fù)p失，提高反應(yīng)活性。在結(jié)構(gòu)修飾中，6,6-二甲基-3-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷結(jié)構(gòu)阻礙了氫鍵形成，提高了藥物口服利用度。相對(duì)惰性的氰基提高了與3CLpro蛋白結(jié)合時(shí)的選擇性[10]。

1.2.4 奈瑪特韋的合成

Owen等人[11]報(bào)道了奈瑪特韋(8)的合成。如圖6所示，(1R,2S,5S)-6,6-二甲基-3-氮雜雙環(huán)[3.1.0]己烷-2-羧酸酯(15)發(fā)生酰胺化反應(yīng)得到16，經(jīng)過水解、脫保護(hù)得到17，氨基三氟乙?；玫?8，18與化合物14形成酰胺鍵，最后使用伯吉斯試劑使酰胺脫水生成氰基，得到奈瑪特韋。

圖6 奈瑪特韋的合成路線

1.3 瑞德西韋

瑞德西韋(Remdesivir，商品名：Veklury，20，圖7)是由美國吉利德科學(xué)公司(Gilead)研發(fā)，2020年10月22日FDA批準(zhǔn)上市，用于治療新型冠狀病毒病住院成人和兒童患者。

圖7 瑞德西韋和藥物修飾中間體的結(jié)構(gòu)

1.3.1 藥物修飾過程

瑞德西韋由修飾核苷類藥物GS-441524(21，圖7)得到，是一種具有廣譜抗病毒活性的1’-氰基取代C-核苷核糖類似物[12]，C-核苷更能耐受人體代謝。但大多數(shù)核苷膜透過性低，借鑒藥物索菲布韋，將5’-位羥基修飾為氨基膦酰酯得到GS-6620(22)。膦酸化提高了藥物在人體內(nèi)的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)氨基膦酰酯有助于藥物穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，釋放核苷單磷酸[13,14]。通過對(duì)RNA病毒藥物的高通量篩選，得到了前藥瑞德西韋。

1.3.2 作用機(jī)制

瑞德西韋和莫努匹韋均為核苷類藥物，二者均可干擾病毒DNA到RNA的轉(zhuǎn)錄過程，瑞德西韋在體內(nèi)的活性形式可與病毒的RNA依賴性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RdRp)結(jié)合。如圖8所示，由于核糖5’-位羥基膦酸化，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄過程的提前終止，導(dǎo)致RNA結(jié)構(gòu)破壞[15]，影響病毒復(fù)制，從而降低病毒濃度，達(dá)到抗病毒效果。

圖8 瑞德西韋的作用機(jī)制及驗(yàn)證

1.3.3 藥物構(gòu)效關(guān)系

構(gòu)效關(guān)系研究表明，瑞德西韋中核糖5’-位的氨基膦酰胺側(cè)鏈可以提高細(xì)胞滲透率，單膦酸酯可以提高三膦酸化的速率。1’-位氰基可以提高對(duì)病毒聚合酶抑制的選擇性，1’-位取代基的極性和位阻影響藥物毒性。堿基選用非天然胞嘧啶C-核苷降低了體內(nèi)代謝損耗，其他堿基會(huì)降低活性[14]。

1.3.4 瑞德西韋的合成

如圖9所示，氧化半縮醛23得到24，7-碘吡咯并[2,1-f]三嗪-4-胺(25)在正丁基鋰和三甲基氯硅烷作用下與24發(fā)生加成反應(yīng)得到26，26與三甲基氰硅烷發(fā)生取代反應(yīng)形成27，隨后脫芐基、手性拆分得到28，最后用氨基磷酸氯29酯化得到瑞德西韋[16]。

圖9 一種合成瑞德西韋的路線

1.3.5 抗新型冠狀病毒藥物活性比較

新型冠狀疫情爆發(fā)初期，發(fā)現(xiàn)多種藥物具有抗病毒活性。法匹拉韋作為廣譜抗RNA病毒藥物對(duì)新型冠狀病毒也具有活性，具有抗瘧活性的磷酸氯喹也表現(xiàn)出抗新型冠狀病毒活性而入選初期治療藥物。如表1所示，與疫情初期使用的磷酸氯喹和法匹拉韋相比，瑞德西韋具有高的半數(shù)有效濃度(Half-effective concentration，EC50)，可以有效降低藥物的使用量。瑞德西韋和磷酸氯喹具有低的半數(shù)細(xì)胞毒性濃度(Half-cytotoxic concentration，CC50)，對(duì)人體正常細(xì)胞危害較小，瑞德西韋和磷酸氯喹的藥物選擇性更高，法匹拉韋對(duì)新型冠狀病毒的特異性治療效果較差[17]。

表1 磷酸氯喹和瑞德西韋藥物相關(guān)參數(shù)比較

1.4 國產(chǎn)藥物研究進(jìn)展——以普魯克胺為例

普魯克胺(Proxalutamide，30，圖10)是開拓藥業(yè)自主研發(fā)的新一代雄激素受體(Androgen Receptor，AR)拮抗劑和降解劑，具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制AR和下調(diào)AR表達(dá)的雙重機(jī)制，對(duì)新型冠狀病毒感染早期和中后期均有很好的療效，已獲得巴拉圭國家公共衛(wèi)生和社會(huì)福利部的緊急使用授權(quán)。

圖10 普魯克胺的結(jié)構(gòu)

2020年2月，開拓藥業(yè)與蘇州大學(xué)收集了1339例新型冠狀病毒患者使用普魯克胺的臨床數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)病毒通過將自身的刺突蛋白與人體細(xì)胞上的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(Angiotensin converting enzyme 2，ACE2)受體結(jié)合完成入侵，人體細(xì)胞中跨膜絲氨酸蛋白酶2(Transmembrane protease serine 2，TMPRSS2)能激活病毒的刺突蛋白。普克魯胺能下調(diào)ACE2和TMPRSS2表達(dá)，抑制體內(nèi)新型冠狀病毒進(jìn)一步感染其他正常宿主細(xì)胞。普魯克胺目前處于III期臨床試驗(yàn)(NCT04869228)，已有的臨床數(shù)據(jù)表明，其可以有效解決新型冠狀病毒患者各階段的感染情況[18]。除普魯克胺外，已有多個(gè)國產(chǎn)抗新型冠狀病毒藥物，如VV116等進(jìn)入研究階段。

2 抗艾滋病病毒藥物

艾滋病，即獲得性免疫缺陷綜合征(Acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)，是由人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus，HIV，艾滋病病毒)引起的一種致死率很高的惡性傳染病[19]。艾滋病病毒的類脂包膜來自宿主細(xì)胞，并嵌有病毒蛋白gp120與gp41。其中g(shù)p120位于表面，gp41是跨膜蛋白，與gp41通過非共價(jià)作用結(jié)合。目前，針對(duì)艾滋病的治療方法多為高效聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療，俗稱“雞尾酒療法”，抗艾滋病病毒藥物聯(lián)合使用有效抑制了艾滋病病毒增殖。抗艾滋病病毒藥物主要有六類，分別為核苷類逆轉(zhuǎn)錄抑制劑、非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑、蛋白酶抑制劑、整合酶抑制劑、融合酶抑制劑和輔助受體拮抗劑。雖然艾滋病治療效果不斷提高，但抗艾滋病毒藥物研發(fā)仍面臨無法治愈與預(yù)防疾病、藥物長效性不足等挑戰(zhàn)。近兩年上市的阿茲夫定作為雙靶點(diǎn)抗艾滋病病毒藥物進(jìn)一步降低了艾滋病患者的用藥成本，卡博努瓦作為新一代“雞尾酒療法”藥物有效降低了用藥頻率，福替沙韋作為病毒附著類藥物為抗艾滋病病毒藥物的研發(fā)提供了新的思路。

2.1 阿茲夫定

阿茲夫定(Azvudine，31，圖11)是由河南真實(shí)生物科技有限公司和鄭州大學(xué)、河南師范大學(xué)、北京協(xié)和藥廠等共同研發(fā)的全球首個(gè)艾滋病毒逆轉(zhuǎn)錄酶與Vif(Virion infectivity factor，病毒感染因子)輔助蛋白雙靶點(diǎn)抑制劑，是國內(nèi)第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗艾滋病毒口服藥物，2021年7月21日由國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市。

圖11 阿茲夫定及其發(fā)現(xiàn)過程關(guān)鍵中間體結(jié)構(gòu)

2.1.1 藥物發(fā)現(xiàn)過程

阿茲夫定是由2’-脫氧核苷(32，圖11)修飾得到的抗艾滋病藥物。研究發(fā)現(xiàn)抗藥性HIV可以從病毒前體DNA中截取2’,3’-二脫氧核苷結(jié)構(gòu)片段，保留3’-OH實(shí)現(xiàn)抗病毒活性。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，核苷的糖部分用電子缺陷基團(tuán)修飾可以影響電子性質(zhì)并誘導(dǎo)構(gòu)象變化，顯著提高活性。4’-疊氮基的引入可以使呋喃糖構(gòu)象轉(zhuǎn)變，提高抗病毒活性和疊氮胸苷的磷酸化效率。由于4’-取代-2’-脫氧核苷(4’-substituted-2’-deoxynucleosides，4’-sdN)不能用于病毒DNA生物合成，研究人員設(shè)計(jì)了新的4’-sdN(33，圖11)，通過對(duì)4’-位和堿基篩選，發(fā)現(xiàn)未取代堿基對(duì)抗病毒活性十分重要。2’-β-氟原子有效提高了藥物的穩(wěn)定性，特別是酸穩(wěn)定性。基于以上過程，成功研發(fā)了阿茲夫定[20]。

2.1.2 藥物作用機(jī)制

如圖12所示，作為艾滋病病毒逆轉(zhuǎn)錄酶和輔助蛋白Vif雙靶點(diǎn)抑制劑，阿茲夫定在體內(nèi)有兩種抑制HIV機(jī)制，一種是在HIV逆轉(zhuǎn)錄過程中實(shí)現(xiàn)抑制，阻斷HIV遺傳物質(zhì)的合成；另一種是在HIV組裝過程中，通過阻斷Vif蛋白和APOBEC3G(一種胞嘧啶脫氨酶，能使逆轉(zhuǎn)錄病毒HIV-1基因組發(fā)生G → A的堿基突變，抑制HIV復(fù)制過程)蛋白結(jié)合，此時(shí)釋放的HIV沒有感染性。

圖12 阿茲夫定抗HIV機(jī)制

?？?biāo)教授團(tuán)隊(duì)的抗新型冠狀病毒藥物篩選和臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阿茲夫定具有一定的抗病毒活性。阿茲夫定的抗病毒作用機(jī)制與瑞德西韋和莫努匹韋類似，都是通過特異性抑制病毒RdRp活性，阻斷病毒RNA的轉(zhuǎn)錄異常實(shí)現(xiàn)抗病毒[21]。

2.1.3 構(gòu)效關(guān)系

阿茲夫定的主要構(gòu)效關(guān)系包括：(a)用其他核堿或三唑取代胞苷會(huì)降低抗HBV活性；(b)2’-β-氟原子可以提高核苷的穩(wěn)定性；(c)3’-OH基團(tuán)對(duì)于抗HIV活性很重要，該位點(diǎn)修飾會(huì)導(dǎo)致抑制活性顯著降低，3’-OH基團(tuán)還能夠降低交叉耐藥/耐藥性的風(fēng)險(xiǎn)；(d)4’-疊氮基不影響核苷作為延遲DNA鏈終止劑的能力；(e)與其他核苷一樣，5’-OH基團(tuán)是磷酸化的特定位點(diǎn)；(f)胞苷結(jié)構(gòu)的5-位修飾通常導(dǎo)致活性降低，N4胞苷的修飾可調(diào)節(jié)抗病毒效力、毒性和其他生物特性[20]。

2.1.4 類似藥物比較

在阿茲夫定上市之前，拉米夫定(Lamivudine，3TC，34，圖13)和齊多夫定(Zidovudine，AZT，35)是治療艾滋病的常用藥。拉米夫定是目前臨床應(yīng)用療效最好、最具代表性的核苷類似物。齊多夫定是第一個(gè)獲得美國FDA批準(zhǔn)的抗艾滋病藥物，因其療效確切，成為“雞尾酒療法”最基本的組合成分，在體外對(duì)逆轉(zhuǎn)病毒包括HIV具有高活性。阿茲夫定、拉米夫定和齊多夫定在C8166細(xì)胞中對(duì)不同類型HIV病毒的抑制活性見表2，阿茲夫定對(duì)野生型HIV-1IIIB和HIV-1RF顯示出強(qiáng)抑制活性，EC50為30–110 pmol?L-1[22]。

表2 31、34和35對(duì)C8166細(xì)胞RT耐藥株的抗HIV-1活性a[23]

圖13 三種抗艾滋病毒藥物的結(jié)構(gòu)

2.1.5 阿茲夫定的合成

如圖14所示，1,3,5-O-三苯甲?；?2-脫氧-2-氟-D-阿拉伯呋喃糖苷(36)與HBr-HOAc作用產(chǎn)生37，其與尿嘧啶偶聯(lián)得到化合物38，脫除保護(hù)基得到核苷39。39用I2/Ph3P處理，然后在甲醇鈉作用下發(fā)生消除反應(yīng)得到41，41與ICl/NaN3發(fā)生親電加成反應(yīng)得到42，進(jìn)而發(fā)生酯化、脫保護(hù)和成鹽得到阿茲夫定[23]。

圖14 一種阿茲夫定的合成路線

2.2 卡博努瓦

卡博努瓦(Cabenuva)是由英國ViiV Healthcare公司申請(qǐng)，2021年1月21日美國FDA批準(zhǔn)上市的艾滋病治療藥物，用于治療成人HIV-1感染。該藥是兩種可注射藥物卡博特韋(Cabotegravir，45，圖15)和利匹韋林(Rilpivirine，46，圖15)的聯(lián)合制劑，每月給藥一次。作為替代當(dāng)前抗HIV治療方案的一種選擇，可用于在穩(wěn)定治療方案下病毒學(xué)上受到抑制(HIV-1 RNA每毫升少于50個(gè)拷貝)、無既往治療失敗史，且對(duì)卡博特韋和利匹韋林均無已知或疑似耐藥性的患者。

圖15 卡博特韋和利匹韋林的結(jié)構(gòu)

2.2.1 卡博特韋

卡博特韋是由ViiV Healthcare公司研發(fā)的第2代整合酶鏈轉(zhuǎn)移抑制劑，用于AIDS治療和暴露前預(yù)防，具有半衰期長、抗病毒能力強(qiáng)及水溶性低等優(yōu)勢(shì)。如圖16所示，卡博特韋有兩個(gè)結(jié)構(gòu)特征，可以與整合酶活性位點(diǎn)結(jié)合：在活性位點(diǎn)附近的疏水口袋內(nèi)結(jié)合的取代芐基和配位兩個(gè)Mg2+離子形成螯合物，實(shí)現(xiàn)藥物與活性位點(diǎn)相互作用[24]。其合成路線如圖17所示，首先“一鍋法”四步反應(yīng)得到4-吡啶酮衍生物51，之后經(jīng)過酰胺化反應(yīng)、脫保護(hù)、環(huán)化反應(yīng)得到卡博特韋[24]。

圖16 卡博特韋作為整合酶抑制劑的作用機(jī)制

圖17 一種合成卡博特韋的路線

2.2.2 利匹韋林

利匹韋林(Rilpivirine，46，圖15)由Janssen公司研發(fā)，2011年5月在美國上市。適用于治療成年1型人類免疫缺陷病毒HIV-1感染的初治患者，與其他抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物聯(lián)用。利匹韋林片劑2018年11月在中國上市。

構(gòu)效關(guān)系研究表明[25]，利匹韋林分子中苯環(huán)2,6-位是單甲基和未取代衍生物對(duì)野生型病毒有較高效力，失去疏水作用和π–π相互作用會(huì)降低對(duì)于突變型病毒的效果。苯環(huán)6-位引入乙基或異丙基對(duì)活性影響較小，取代基的空間位阻與活性成反比，而取代基的電子效應(yīng)對(duì)活性影響不大。

利匹韋林的合成如圖18所示，化合物54與3,5-二甲基-4-氨基苯甲酸乙酯發(fā)生取代反應(yīng)得到化合物55，經(jīng)還原和氧化得到化合物57，最后發(fā)生Wittig-Wadsworth-Emmons反應(yīng)得到利匹韋林[26]。

圖18 一種合成利匹韋林的路線

2.2.3 藥物作用機(jī)制

卡博特韋和利匹韋林都是整合酶抑制劑，HIV的RNA逆轉(zhuǎn)錄首先得到病毒DNA，該DNA在整合酶作用下整合到宿主細(xì)胞DNA，實(shí)現(xiàn)新RNA的合成?？ú┨仨f和利匹韋林通過抑制整合過程中的整合酶達(dá)到抗病毒效果。

2.2.4 藥物治療方案的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的艾滋病病毒治療方案是高效聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(俗稱“雞尾酒療法”)，即針對(duì)HIV復(fù)制的三種酶——逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋白酶，通過三種或三種以上抗病毒藥物聯(lián)合使用，避免了單一用藥產(chǎn)生的抗藥性。該治療方法需要每天口服藥物，患者的藥物依從性差。卡博努瓦是首個(gè)每月注射一次的藥物，極大地方便了患者。

2.3 福替沙韋

福替沙韋(Fostemsavir，商品名：Rukobia，58，圖19)是英國ViiV Healthcare公司開發(fā)的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物，是HIV病毒附著抑制劑，用于治療成人HIV-1感染，2020年7月FDA批準(zhǔn)上市。

圖19 福替沙韋、先導(dǎo)化合物和前體化合物的結(jié)構(gòu)

2.3.1 藥物修飾過程

福替沙韋的先導(dǎo)化合物是吲哚乙醛酰胺(59，圖19)，化合物59僅對(duì)HIV-1有抑制性，對(duì)其他病毒沒有顯著活性。構(gòu)效關(guān)系表明，用雜環(huán)取代苯環(huán)，只有親脂性類似物有活性；前體化合物60的7-位1,2,4-三唑改善了藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。通過膦酰氧基修飾和與氨基丁三醇成鹽得到福替沙韋[27]。

2.3.2 藥物作用機(jī)制

如圖20所示，正常情況下，病毒蛋白質(zhì)外殼上的gp120蛋白在與宿主細(xì)胞接觸前通過形態(tài)改變，暴露CD4連接活性位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與宿主細(xì)胞膜上CD4蛋白結(jié)合，實(shí)現(xiàn)病毒侵入。而作為HIV病毒附著抑制劑，福替沙韋直接與病毒包膜表面的gp120蛋白結(jié)合，使其形態(tài)不能變化，無法暴露活性位點(diǎn)，阻止了HIV病毒對(duì)宿主細(xì)胞膜上CD4蛋白的識(shí)別和HIV附著[28]。

圖20 福替沙韋的作用機(jī)制

2.3.3 藥物構(gòu)效關(guān)系

先導(dǎo)化合物構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，氮雜吲哚4-、7-位取代基不宜采用位阻大且吸電子基團(tuán)，如-OiPr，-NO2等。氮雜吲哚1-位氮上只能是氫原子，取代后活性降低。哌嗪環(huán)可以修飾，但需保留六元環(huán)結(jié)構(gòu)，哌嗪環(huán)2-位小位阻取代基可以增強(qiáng)活性。酰胺中的苯環(huán)僅能用親脂性的雜環(huán)替代[26]。氮雜吲哚7-位雜環(huán)取代時(shí)，需要保證雜環(huán)和氮雜吲哚6-位氮具有相互作用以穩(wěn)定構(gòu)象，但引入的雜環(huán)2’-位可能與吲哚1-位N―H鍵存在相互作用，阻止了氮雜吲哚1,3-烯丙位張力作用導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化[28]。

2.3.4 合成路線

福替沙韋的第一種合成方法如圖21所示[16]，3-甲基-1H-1,2,4-三唑(62)和63在銅催化下偶聯(lián)生成64，64和2-氯-2-氧代乙酸甲酯(65)發(fā)生Friedel-Crafts反應(yīng)得到66，堿性水解得到67。然后，67在縮合劑1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDC)存在下與苯基(哌嗪-1-基)甲酮(68)縮合得到69。最后，69與70發(fā)生親核取代反應(yīng)，再用三氟乙酸脫保護(hù)得到福替沙韋。

圖21 一種合成福替沙韋的路線

3 抗流感病毒藥物

流感是由流感病毒引起的急性上呼吸道疾病。流感病毒一般是一種單股、負(fù)鏈RNA病毒。流感病毒感染宿主細(xì)胞后的復(fù)制速度非常迅速，其生命周期大體可分為吸附、內(nèi)吞、融合、復(fù)制、翻譯、裝配、出芽和釋放8個(gè)環(huán)節(jié)。目前，對(duì)抗流感病毒的策略有疫苗和小分子抗流感藥物。疫苗每年都需要重新配置，以適應(yīng)抗原變異，其研發(fā)周期長、成本高，這些缺點(diǎn)使得小分子藥物成為防治流感的主要手段。已經(jīng)上市和處于臨床階段的抗病毒小分子藥物主要包括特異性流感病毒抑制劑和廣譜抗病毒藥物。近期抗流感病毒藥物集中在聚合酶三聚體抑制劑研究，巴洛沙韋瑪波西酯(Baloxavir Marboxil，71，商品名：Xofluza，圖22)是藥效十分顯著的抗流感病毒新藥[29]。

圖22 巴洛沙韋瑪波西酯和巴洛沙韋酸的結(jié)構(gòu)及作用靶點(diǎn)

巴洛沙韋瑪波西酯是由日本鹽野義制藥(Shionogi)與瑞士羅氏共同研發(fā)的一種針對(duì)甲型、乙型流感病毒的新型抗流感藥物。在國內(nèi)用于治療12周歲及以上急性無并發(fā)癥的流感患者，包括存在流感并發(fā)癥的高風(fēng)險(xiǎn)患者。在日本獲批用于治療甲型、乙型流感病毒感染；在美國、新加坡、泰國、中國香港及臺(tái)灣等地用于癥狀出現(xiàn)不超過48小時(shí)的12歲及以上急性無并發(fā)癥的流感患者。巴洛沙韋瑪波西酯在體內(nèi)的活性物質(zhì)是巴洛沙韋酸(Baloxavir acid，72，圖22)。2018年2月，首先在日本獲批上市。同年10月，F(xiàn)DA接受巴洛沙韋酯的新藥上市申請(qǐng)，該藥是近20年在美國首個(gè)獲批的新型作用機(jī)制的抗流感藥物。2021年4月，巴洛沙韋片獲批在國內(nèi)上市。

3.1 藥物發(fā)現(xiàn)過程

巴洛沙韋瑪波西酯的開發(fā)基于鹽野義公司早期合成的Dolutegravir(73，圖22)[30]，他們參考Dolutegravir抑制HIV整合酶的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，通過巴洛沙韋酸的7-位羥基和6,8-位兩個(gè)羰基與2個(gè)鎂離子形成螯合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)端粒(Centromer，CEN)蛋白的抑制。之后，換用二苯并硫?結(jié)構(gòu)單元與CEN的氨基酸殘基的范德華相互作用，進(jìn)一步提高了抗流感效果[31]。借助細(xì)胞表型篩選，優(yōu)化化學(xué)結(jié)構(gòu)，得到前藥巴洛沙韋瑪波西酯，提高了巴洛沙韋酸在體內(nèi)的吸收[32]。

3.2 藥物作用機(jī)理

由酸性聚合酶(Acidic polymerase，PA)、堿性聚合酶1(Basic polymerase 1，PB1)和2(Basic polymerase 2，PB2)組成的RNA聚合酶在流感病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程中起著至關(guān)重要的作用[33]。病毒轉(zhuǎn)錄mRNA取決于獨(dú)特的“搶帽”機(jī)制[34]。如圖23所示，巴洛沙韋瑪波西酯在體內(nèi)水解為巴洛沙韋酸，選擇性抑制帽依賴性核酸內(nèi)切酶(一種參與流感病毒mRNA起始合成的關(guān)鍵酶)，流感病毒無法完成正常轉(zhuǎn)錄、翻譯過程。

圖23 巴洛沙韋瑪波西酯體內(nèi)抑制流感病毒機(jī)制

3.3 巴洛沙韋瑪波西酯的合成

巴洛沙韋瑪波西酯的合成路線如圖24所示，3-芐氧基-4-氧代-4H-吡喃-2-甲酸(74)經(jīng)酯化、肼解得到化合物76。N-羥乙基鄰苯二甲酰亞胺(77)經(jīng)成醚和脫保護(hù)得到化合物79?；衔?6在DBU作用下與79發(fā)生胺解反應(yīng)得到80，隨后在甲基磺酸作用下成環(huán)得到外消旋體81。使用R-四氫呋喃-2-羧酸(82)對(duì)81進(jìn)行手性拆分，得到手性產(chǎn)物83，83在堿性條件下水解得到84，84與85發(fā)生縮合反應(yīng)，脫去保護(hù)基，再與氯甲基碳酸甲酯成醚得到巴洛沙韋瑪波西酯[29]。

圖24 一種合成巴洛沙韋瑪波西酯的方法

4 總結(jié)與展望

目前，各種病毒感染疾病給人類生命健康帶來了巨大挑戰(zhàn)。截至2023年1月，全球累計(jì)確診新型冠狀病毒感染病例超過6億6851萬例，死亡病例超過673萬例。雖然已經(jīng)上市了新型冠狀病毒疫苗和藥物，但病毒快速變異仍是當(dāng)前疫情防控的難點(diǎn)，尋找病毒新的作用靶點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行藥物研發(fā)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。上市的抗新型冠狀病毒藥物，如莫努匹韋、帕克斯洛維德等，其作用人群有明顯局限，較多藥物相互作用更限制了其應(yīng)用，藥物也有較大副作用。此外，大多數(shù)藥物用于治愈感染人群，但尚未有治療感染新型冠狀病毒治愈人群后遺癥的藥物。因此，研究準(zhǔn)確識(shí)別新型冠狀病毒的特異性藥物和后遺癥藥物可能是未來新型冠狀病毒藥物的研發(fā)方向之一。艾滋病是一個(gè)全球公共衛(wèi)生問題，目前已造成近4010萬人死亡，雖然已經(jīng)有較多的藥物和藥物聯(lián)合使用治療取得了較好的效果，但仍然沒有徹底治愈的方法。當(dāng)前，對(duì)于艾滋病毒儲(chǔ)存庫以及耐藥性等方面，也沒有較好的應(yīng)對(duì)手段，已經(jīng)成為攻克艾滋病的難題。病毒性流行感冒雖被人們廣泛認(rèn)識(shí)，但由于流感病毒變異速度快，對(duì)藥物的耐藥性提升，對(duì)新型抗流感藥物的需求也更加迫切[35]。

近三十年來，抗病毒藥物研究，特別是對(duì)抗慢性病毒感染方面已經(jīng)取得了多項(xiàng)重大突破性進(jìn)展。截至2020年，獲批的抗病毒藥物中艾滋病藥物數(shù)量最多。但新型冠狀病毒疫情表明，現(xiàn)有抗病毒藥物嚴(yán)重不足，我國更是在抗病毒藥物研發(fā)方面落后于西方國家，抗病毒藥物有待繼續(xù)深入研究。相信隨著科技水平的不斷進(jìn)步和新的藥物靶點(diǎn)的不斷發(fā)現(xiàn)，人類必將研制出更多高效、副作用小的抗病毒藥物。