中科院昆明動物所鄭永唐組發現HIV-1新靶點小分子藥物候選物

由於艾滋病疫苗尚未研發成功，抗HIV藥物是目前防治艾滋病最有效手段。目前臨床應用抗HIV藥物的作用靶標是針對病毒的逆轉錄酶、蛋白酶、整合酶和病毒進入及融合抑製劑。由於耐藥性的產生，不能清除體內病毒和治癒艾滋病，發現新結構、新靶點的抗HIV藥物至關重要。天然產物因其結構多樣、作用機制新穎等特點，一直是新葯研發中的重要候選化合物庫。中科院昆明動物研究所鄭永唐研究員團隊近期在Scientific reports發表題為SJP-L-5 inhibits HIV-1 polypurine tract primed plus-strand DNA elongation, indicating viral DNA synthesis initiation at multiple sites under drug pressure揭示了抗HIV-1藥物SJP-L-5作用機制。

中國科學院昆明動物研究所鄭永唐研究員團隊長期從事抗HIV病毒藥物的研究，建立了從分子、細胞到動物模型整體水平的抗HIV藥物藥效學評價及機制研究關鍵技術平台，是我國抗HIV藥物篩選和研發最主要基地之一。從天然產物和化學合成化合物中發現了一系列有顯著抗HIV-1活性的先導化合物，研究了其機制和構效關係。前期鄭永唐研究員團隊與中國科學院昆明植物研究所孫漢董院士團隊合作，系統地篩選研究了包括紅花五味子、狹葉五味子、小花五味子等來源的天然小分子化合物，其中發現小花五味子來源的木質素化合物SM-10具有較好的抗HIV活性，通過構效關係研究發現合成中間產物SJP-L-5的活性遠遠優於SM-10。在「重大新葯創製」科技重大專項等資助下，完成了SJP-L-5的臨床前藥效學研究，發現該化合物可阻斷HIV病毒脫衣殼(Bai, et al., BMC Microbiology, 2015,15:274)，但其精細機制尚不明確。

日前，中國科學院昆明動物研究所鄭永唐研究員團隊和雲南大學教育部自然資源藥物化學重點實驗室肖偉烈研究員團隊合作，對SJP-L-5的抗HIV作用機制進行了深入地研究。通過定量PCR、ELISA、FRET等手段，發現SJP-L-5不能抑制逆轉錄的早期過程(即RNA依賴的DNA聚合酶活性)，但卻能有效地抑制逆轉錄的晚期過程(DNA依賴的DNA聚合酶活性)。採用高靈敏度ssDNA探針進行Southern Blot雜交實驗，證實了SJP-L-5抑制了PPT為引物的正鏈病毒DNA的合成，破壞了病毒cPPT flap的結構，導致下游正鏈DNA出現5個片段化的複製產物。由於cPPT flap是病毒入核所必需的，它的缺失導致病毒逆轉錄過程中斷，脫衣殼過程受阻，病毒DNA無法進入細胞核。基因型耐葯和表型耐葯實驗均表明，Val108和Try181是SJP-L-5與逆轉酶結合的重要位點，是導致該化合物新機制產生的結構基礎。該研究首次證實cPPT flap是一個新的抗HIV病毒靶點，SJP-L-5是作用於該新靶點的新型小分子藥物候選物，本研究為研發新靶點的抗HIV藥物提供了新的思路。

圖. SJP-L-5抗HIV-1作用機制

中國科學院昆明動物研究所張興傑博士生、王睿睿副研究員為共同第一作者，中國科學院昆明動物研究所鄭永唐研究員和雲南大學肖偉烈研究員為共同通訊作者。中國科學院昆明植物研究所孫漢董院士和雲南大學張洪彬教授參與了該研究。該項工作得到了國家自然科學基金、國家科技重大專項課題、中國科學院藥物創新研究院等項目的資助。

Abstract

In a previous study the small molecule SJP-L-5 that inhibits HIV replication, has been shown to block uncoating of the viral capsid. Continued study showed that SJP-L-5 might hinder HIV capsid uncoating by blocking the completion of reverse transcription. However, to date, the mechanism has not been fully elucidated. Here, the effects of SJP-L-5 for reverse transcription were explored via quantitative PCR, DIG-labelled ELISA, fluorescent resonance energy transfer, and Southern blot assays. We also analyzed the resistance profile of this compound against reverse transcriptase. Our results show that SJP-L-5 preferentially inhibits PPT primed plus-strand DNA synthesis (EC50?=?13.4?±?3.0?μM) over RNA primed minus-strand DNA synthesis (EC50?>?3,646?μM), resulting in formation of five segmented plus-strand DNA and loss of HIV DNA flap, suggesting failure of both nuclear import and integration. Moreover, resistance study evidenced that SJP-L-5 requires the amino acid residues Val108 and Tyr181 to exert an inhibitory effect. These results indicate SJP-L-5 as a new non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor that inhibits HIV-1 polypurine tract primed plus-strand DNA synthesis, initiating HIV-1 down-stream plus-strand DNA synthesis at multiple sites under drug pressure.

來源：綜合中科院昆明動物所、Scientific reports

本期編輯：Tony

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