HIV 衣殼蛋白有望成為 HIV 治療新靶標(biāo)
目前，針對 HIV 的致病機制，已獲批準(zhǔn)上市的抗 AIDS 藥物共分為六大類：非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NNRTIs)、核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NRTIs)、整合酶抑制劑 (INSTIs)、蛋白酶抑制劑 (PIs)、病毒成熟抑制劑 (MIs) 和輔助受體 CCR5 抑制劑。目前還沒有獲批上市的 HIV-1 衣殼蛋白抑制劑。
常見的 HIV 感染治療方案是將兩種 NRTI 與 PI、NNRTI 或 INSTI 結(jié)合的聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法 (cART)。這種療法非常有效，可以延長預(yù)期壽命和減緩艾滋病的傳播。然而，cART 并不能治愈患者，且存在一些風(fēng)險，例如停止治療導(dǎo)致的病毒載量迅速反彈，病毒耐藥性的出現(xiàn)，以及長期治療的副作用影響預(yù)期壽命。因此，仍然需要研發(fā)具有優(yōu)良特性的新藥和探索新的靶點。
近日，Nature 上關(guān)于 HIV 的最新研究“Clinical Targeting of HIV Capsid Protein With a Long-Acting Small Molecule”引起了廣泛的關(guān)注，該研究證明了 HIV 衣殼蛋白長效抑制劑 GS-6207 具有治療或預(yù)防 HIV 感染的潛力。
圖 2. 靶向 HIV 衣殼蛋白的長效小分子相關(guān)研究
衣殼蛋白的結(jié)構(gòu)及作用
HIV 感染細(xì)胞時，病毒將其單鏈 RNA 基因組逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈 DNA，穿越細(xì)胞質(zhì)并穿過核膜，然后整合到宿主染色體中 (HIV 感染和復(fù)制機制見往期：典型傳染病的始作俑者——五大病毒及其靶向藥物)。
下面我們以 HIV-1 為例，對 HIV 的衣殼蛋白及其作用進行介紹。
在成熟、具有感染能力的 HIV-1 中，病毒基因組位于一個由病毒衣殼蛋白 (Capsid protein, CA) 組成的圓錐形衣殼核心 (Capsid core) 內(nèi)。衣殼核心由約 250 個 CA 六聚體和 12 個五聚體組裝而成。CA 亞基又由兩個結(jié)構(gòu)域組成，即 N-端結(jié)構(gòu)域 (NTD) 和 C-端結(jié)構(gòu)域 (CTD)。在每個六聚體中，每個 CA 子單元都通過 NTD-NTD 接口和 NTD-CTD 接口相互連接 (圖 3)。
a. Envelope, ENV：蛋白包膜 (ENV 糖蛋白復(fù)合物包含了 gp120 亞基和 gp41 亞基)；Matrix，MA ：Gag 多肽衍生蛋白基質(zhì)；CA：衣殼蛋白；Nucleocapsid，NC：核衣殼/核衣殼蛋白。b. CA 六聚體 (橙色) 和五聚體 (黃綠色)。c. 形成 HIV-1 主要衣殼核心的六聚體亞基的頂視圖和側(cè)視圖。d. CA NTD (藍(lán)色) 和 CA CTD (紅色)。
我們對 HIV-1 病毒進入細(xì)胞后直至其基因組整合到宿主染色體中的過程，即 HIV-1 感染的早期步驟還了解甚少。已有研究表明，CA/衣殼在早期事件中起關(guān)鍵作用。例如衣殼不僅充當(dāng)保護屏障使病毒基因組免于被識別和降解，而且還能促進逆轉(zhuǎn)錄，與核孔復(fù)合體接觸，并直接整合位點靶向。這些過程中，衣殼還必須與宿主蛋白和一些代謝產(chǎn)物相互作用，并在適當(dāng)?shù)奈恢煤蜁r間分解以釋放病毒基因組，發(fā)生“脫殼”(Uncoating)。
在 HIV-1 形態(tài)發(fā)生過程中，CA 參與兩個不同的裝配事件。細(xì)胞中，在形成未成熟、非感染性病毒的過程中，涉及球形衣殼的自組裝，該衣殼包含多達(dá) 5000 個 Gag 多蛋白分子，其中 CA 構(gòu)成是 Gag 的一部分；在病毒成熟期間，Gag 經(jīng)過蛋白酶水解處理，未成熟的衣殼解體，大約 1000-1500 個釋放的 CA 分子自締合，形成成熟的圓錐形衣殼。
衣殼的正確形成和完整對病毒的感染性至關(guān)重要，因此，CA 是一個非常有吸引力的抗 HIV-1 靶點。
靶向 CA 的抑制劑
靶向 CA 可以干擾 HIV-1 復(fù)制周期的早期和晚期步驟。近年來，越來越多抑制 CA 功能的小分子和基于肽的化合物被發(fā)現(xiàn)或開發(fā)。除了上述提及的 GS-6207，還有一些較為經(jīng)典的抑制劑，如：CAP-1，可結(jié)合到 CA 的 NTD，并抑制病毒成熟過程中的核心組裝；PF-3450074，在細(xì)胞感染早期靶向 CA, 誘導(dǎo) HIV-1 衣殼快速溶解，使病毒周期中的“脫殼”過早發(fā)生，從而抑制 HIV-1 感染；肽類抑制劑衣殼組裝抑制劑 CAI，與 CA-CTD 中的疏水腔結(jié)合，從而破壞 CTD 二聚體界面。
靶向 HIV-1 Gag
Gag 蛋白是逆轉(zhuǎn)錄病毒編碼的三種基因產(chǎn)物之一，HIV-1 的組裝主要由 Gag 蛋白控制。出芽后，Gag 被病毒蛋白酶切割，從而產(chǎn)生一系列較小的蛋白質(zhì) (MA、CA 和 NC) 和肽 (SP1、SP2 和 p6)。
圖 4. HIV-1 Gag 的主要功能基序示意圖[1]
除了已經(jīng)介紹的 CA 之外，Gag 的其他組分也與其功能密不可分。
NC：NC 與 Gag 的裝配有關(guān)，還與 Gag 將病毒基因組 RNA 募集到病毒顆粒的功能相關(guān)；
MA：Gag 的 MA 結(jié)構(gòu)域在病毒復(fù)制周期中起兩個主要作用，在組裝過程的早期將 Gag 引導(dǎo)至質(zhì)膜，以及促進病毒 ENV 糖蛋白摻入新生的病毒體中；
p6：HIV-1 Gag 的 p6 區(qū)域具有所謂的晚期結(jié)構(gòu)域，招募病毒釋放所需的細(xì)胞機制。
因此，Gag 分子的其他成分也有可能成為 HIV-1 的治療靶點。
小M 的思考
CA 在 HIV-1 病毒生命周期中具有至關(guān)重要的作用，盡管目前還未有 CA 相關(guān)的抑制劑獲批上市，但靶向 CA 的抑制劑有望用于治療 HIV-1感染。同時，以 Gag 分子的作用為靶向 HIV 的研究提供了新思路。| HIV 靶點 | 抑制劑及其作用機制 |
| Peptide T | 源自 HIV-1 gp120 的 V2 區(qū)的八肽，是 CD4 受體的配體，可阻止 HIV 與 CD4 受體結(jié)合 |
| Plerixafor |
選擇性的 CXCR4 拮抗劑 |
| Maraviroc | 選擇性的 CCR5 拮抗劑，具有抑制 HIV 的活性 |
| Cenicriviroc |
有口服活性的 CCR2/CCR5 雙重拮抗劑，同時可抑制 HIV-1 和 HIV-2 |
|
抗 HIV-1 膜融合的抑制肽 | |
| 有效的核苷類似物逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NRTI) | |
| Zalcitabine | 有效的核苷類似物逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NRTI) |
| Etravirine |
非核苷逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NNRTI) |
| Raltegravir |
HIV 整合酶抑制劑 (IN) |
| Dolutegravir | 具有口服活性的 HIV 整合酶鏈轉(zhuǎn)移抑制劑 |
| Indinavir | HIV 蛋白酶抑制劑，具有很好的口服活性 |
| Amprenavir |
HIV 蛋白酶抑制劑，Ki 為 0.6 nM |
| Bevirimat | HIV-1 病毒顆粒成熟抑制劑 |
參考文獻
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