Войти
Открытие и разработка нуклеозида и нуклеотида Ингибиторы обратной транскриптазы (НИОТ и НИОТ) появились в 1980-х годах, когда в западных обществах обрушилась эпидемия СПИД . НИОТ ингибируют обратную транскриптазу (RT), фермент, который контролирует репликацию генетического материала вируса иммунодефицита человека (ВИЧ ). Первым НИОТ был зидовудин, одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в 1987 году, что стало первым шагом на пути к лечению ВИЧ. За этим последовали шесть НИОТ и один НИОТ. НИОТ и НИОТ являются аналогами эндогенного 2´-дезоксинуклеозида и нуклеотида. Лекарственно-устойчивые вирусы являются неизбежным следствием длительного воздействия на ВИЧ-1 препаратов против ВИЧ.
Летом 1981 года впервые было сообщено о синдроме приобретенного иммунодефицита (СПИД). Два года спустя была идентифицирована этиологическая связь со СПИДом, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). С момента выявления ВИЧ разработка эффективных антиретровирусных препаратов и научные достижения в исследованиях ВИЧ были огромными. Антиретровирусные препараты для лечения ВИЧ-инфекций относятся к шести категориям: нуклеозидные и нуклеотидные ингибиторы обратной транскриптазы, ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы, ингибиторы протеазы, ингибиторы входа, корецептор ингибиторы и ингибиторы интегразы. Обратная транскриптаза ВИЧ-1 была основной основой для разработки лекарств против ВИЧ. Первым нуклеозидным ингибитором обратной транскриптазы с активностью против ВИЧ in vitro был зидовудин. С тех пор, как зидовудин был одобрен в 1987 году, FDA одобрило шесть нуклеозидов и один нуклеотидный ингибитор обратной транскриптазы (НИОТ). NRTI, одобренные FDA, включают зидовудин, диданозин, зальцитабин, ставудин, ламивудин, абакавир и эмтрицитабин, и единственным одобренным ингибитором нуклеотидной обратной транскриптазы (NtRTI) является тенофовир (см. таблицу 4).
Рисунок 1 A: Механизм действия ингибиторов обратной транскриптазы аналогов нуклеозидов, например зидовудина. B: Механизм действия ингибитора обратной транскриптазы аналога нуклеотидов, тенофовира Большинство стандартных лекарств против ВИЧ основаны на ингибировании фермента обратной транскриптазы (RT), фермента, необходимого для вируса ВИЧ-1 и других ретровирусы для завершения своего жизненного цикла. Фермент RT выполняет две ключевые функции. Во-первых, он контролирует репликацию генетического материала вирусов посредством своей полимеразной активности. Он превращает вирусную одноцепочечную РНК в компетентную для интеграции двухцепочечную ДНК. Впоследствии сгенерированная ДНК транслоцируется в ядро клетки-хозяина , где она интегрируется в ее геном ретровирусной интегразой. Другая роль RT - его активность рибонуклеазы H, которая разрушает РНК только тогда, когда она находится в гетеродуплексе с ДНК.
ВИЧ -1 RT представляет собой асимметричный гетеродимер, который имеет длину 1000 аминокислот и состоит из двух субъединиц. Более крупная субъединица, p66, имеет длину 560 аминокислот и проявляет все ферментативные активности RT. Субъединица меньшего размера, называемая p51, имеет длину 440 аминокислот и, как считается, стабилизирует гетеродимер, но также может принимать участие в связывании праймера тРНК. Субъединица p66 имеет два активных сайта: полимеразу и рибонуклеазу H. Полимераза имеет четыре субдомена, которые были названы «пальцы», «большой палец», «соединение» и «ладонь», поскольку ее сравнивают с правой рукой.
Активация нуклеозидных и нуклеотидных ингибиторов обратной транскриптазы в первую очередь зависит от проникновения в клетку посредством пассивной диффузии или транспорта, опосредованного носителем. НИОТ очень гидрофильны и имеют ограниченную мембранную проницаемость, поэтому этот этап очень важен. НИОТ являются аналогами эндогенного 2'-дезоксинуклеозида и нуклеотида. Они неактивны в своих исходных формах и требуют последовательного фосфорилирования..
Нуклеозиды должны быть трифосфорилированы, а нуклеотиды, которые имеют одну фосфонированную группу, должны быть дифосфорилированы. Этот поэтапный процесс активации происходит внутри клетки и опосредуется скоординированным рядом ферментов. Первая и часто ограничивающая скорость стадия фосфорилирования (для аналогов нуклеозидов) чаще всего катализируется дезоксинуклеозидкиназами. Добавление второй фосфатной группы к аналогам нуклеозидмонофосфата завершается нуклеозидмонофосфаткиназами (NMP киназами). Различные ферменты способны катализировать конечную стадию фосфорилирования для НИОТ, включая нуклеозиддифосфаткиназу (NDP-киназу), фосфоглицераткиназу, пируваткиназу и креатинкиназу, что приводит к образованию соответствующих противовирусных активных аналогов трифосфата. В своих соответствующих трифосфатных формах НИОТ и единственный доступный НИОТ конкурируют со своим соответствующим эндогенным дезоксинуклеотидтрифосфатом (дНТФ) за включение в зарождающуюся цепь ДНК (см. Рисунок 1). В отличие от субстрата dNTPs, у НИОТ отсутствует 3'-гидроксильная группа в фрагменте дезоксирибозы. После включения в цепь ДНК, отсутствие 3´-гидроксильной группы, которая обычно образует связь от 5´- до 3´- фосфоэфирной со следующей нуклеиновой кислотой, блокируется в дальнейшем. удлинение ДНК с помощью ОТ, и они действуют как терминаторы цепи.
В 1964 году зидовудин (AZT) был синтезирован Хорвицем в Мичиганском онкологическом фонде. 3´гидроксильная группа в дезоксирибозном кольце тимидина заменена на азидо группу, которая дает нам зидовудин. Отсутствие 3´гидроксильной группы, которая обеспечивает точку присоединения следующего нуклеотида в растущей цепи ДНК во время обратной транскрипции, делает ее обязательным терминатором цепи. Зидуводин включается вместо тимидина и является чрезвычайно мощным ингибитором репликации ВИЧ. Это соединение было приготовлено в 1964 году как потенциальное противораковое средство, но оказалось, что оно неэффективно. В 1974 г. было сообщено, что зидовудин обладает активностью против ретровирусов, и впоследствии он был повторно проверен в качестве противовирусного средства, когда в середине 1980-х годов в западных обществах разразилась эпидемия СПИДа. Однако зидовудин относительно токсичен, так как он превращается в трифосфат клеточными ферментами и поэтому активируется в неинфицированных клетках.
| Дидезоксиаденозин | Диданозин | |
|---|---|---|
| Химическая структура |  |  |
Дидезоксинуклеозиды являются аналогами нуклеозидов, в которых сахарное кольцо отсутствуют как 2´, так и 3´-гидроксильные группы. Через три года после синтеза зидовудина Джером Хорвиц и его коллеги в Чикаго приготовили еще один дидезоксинуклеозид, теперь известный как зальцитабин (ddC). Зальцитабин представляет собой синтетический аналог пиримидина нуклеозида, структурно связанный с дезоксицитидином, в котором 3´-гидроксильная группа фрагмента рибозы сахара замещена водородом. Зальцитабин был одобрен FDA для лечения ВИЧ-1 в июне 1992 года.
2´, 3´-дидезоксиинозин или диданозин превращается в дидезоксиаденозин in vivo. Его разработка имеет долгую историю. В 1964 году был синтезирован дидезоксиаденозин, соответствующий аденозин аналог залцитабина. Дидезоксиаденозин вызывал повреждение почек, поэтому диданозин получали из дидезоксиаденозина путем ферментативного окисления (см. Таблицу 1). Было обнаружено, что он активен против ВИЧ, не вызывая повреждения почек. Диданозин был одобрен FDA для лечения ВИЧ-1 в октябре 1991 года. Зальцитабин и диданозин являются облигатными терминаторами цепи, которые были разработаны для лечения против ВИЧ. К сожалению, оба препарата не обладают селективностью и поэтому вызывают побочные эффекты.
| Зальцитабин | Ламивудин | |
|---|---|---|
| Химическая структура |  |  |
Дальнейшая модификация дидезокси-каркаса привела к разработке 2´, 3´-дидегидро-3´-дезокситимидина (ставудин, d4T). Было показано, что активность ставудина аналогична активности зидовудина, хотя их паттерны фосфорилирования различаются; сродство зидовудина к тимидинкиназе (фермент, ответственный за первое фосфорилирование) аналогично сродству тимидина, тогда как сродство. к ставудину составляет В 700 раз слабее.
2 ', 3'-дидезокси-3'-тиацитидин (ламивудин, 3TC) был открыт Бернаром Белло. История
ламивудина восходит к середине 1970-х годов, когда Бернар Белло исследовал производные сахара. Ламивудин был разработан как серный аналог залцитабина (см. Таблицу 2). Первоначально он был синтезирован как рацемическая смесь (BCH-189), и анализ показал, что как положительные, так и отрицательные энантиомеры BCH-189 (2 ', 3'-дидезокси-3'- тиацитидин) проявил активность против ВИЧ in vitro. Ламивудин - отрицательный энантиомер и аналог пиримидинового нуклеозида. 3'-углерод рибозного кольца 2'-дезоксицитидина был заменен атомом серы, поскольку он обладал большей анти-ВИЧ-активностью и менее токсичен, чем положительный энантиомер.
Следующим в строке было 2 ', 3'-дидезокси-5-фтор-3'-тиацитидин (эмтрицитабин, FTC), который является структурным гомологом ламивудина. Различие в структуре заключается в 5-фтормодификации основной части ламивудина. Он во многом похож на ламивудин и активен как против ВИЧ-1, так и против вируса гепатита B (HBV ).
Карбоциклические аналоги дидезоксиаденозина были исследованы на предмет их анти-ВИЧ активности. Минимальная активность была впервые обнаружена. Многие аналоги нуклеозидов были приготовлены и исследованы, но только один из них имел значительную активность и удовлетворял требованиям для клинического использования. Это был 2´, 3´-дидегидро аналог дидезоксиаденозина. Вставка циклопропильная группа на его 6-амино азоте кольца аденина увеличивала липофильность и, таким образом, улучшала проникновение в мозг. Полученное соединение известно как абакавир ( см. таблицу 3). Абакавир был одобрен FDA для использования в терапии ВИЧ-1 инфекции в декабре 1998 года.
Этот препарат является единственным одобренным антиретровирусным препаратом, который активен как аналог гуанозина in vivo. Сначала он монофосфорилируется аденозинфосфотрансферазой, а затем монофосфат преобразован в карбовир-3´-монофосфат. Впоследствии он полностью фосфорилируется, и карбовир включается RT в цепь ДНК и действует как терминатор цепи. Карбовир является родственным аналогом гуанозина, который имел низкую пероральную биодоступность и поэтому был исключен из клинических исследований.
| Дидезоксиаденозин | Диданозин | Абакавир | |
|---|---|---|---|
| Химическая структура | | |  |
Аналоги нуклеотидов требуют только двух стадий фосфорилирования, тогда как аналоги нуклеозидов требуют трех стадий. Снижение потребности в фосфорилировании может позволить более быстрое и полное превращение лекарств в их активные метаболиты. Такие соображения привели к разработке аналогов фосфонатных нуклеотидов, таких как тенофовир. Тенофовир дизопроксил фумарат (Tenofovir DF) является пролекарством тенофовира. Тенофовир - это ациклическое производное аденозина. Ациклическая природа соединения и его фосфонатная составляющая являются уникальными структурными особенностями среди одобренных НИОТ. Тенофовир DF ферментативно гидролизуется до тенофовира, который проявляет активность против ВИЧ. Он был разработан путем синтеза и противовирусной активности широкого спектра 2,3-дигидроксипропиладенина. Тенофовир DF был первым ингибитором нуклеотидной обратной транскриптазы, одобренным FDA для лечения инфекции ВИЧ-1 в октябре 2001 года.
| Аналог нуклеотида | Аналоги нуклеозидов | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 . Аналоги пурина. |  . Аналоги пиримидина. | . Аналоги пурина. | ||||||
| N. u. c. l. e. o. s. i. d. e |  . Аденозин. |  . Дезокситимидин. |  . Дезоксицитидин. | . Аденозин. |  . Гуанозин. | |||
| D. r. u. g |  . Тенофовир ({[(2R) -1- (6-амино-9H-пурин-9-ил) пропан-2-ил] окси} метил) фосфоновая кислота. |  . Зидовудин 3´Азидо- 2´, 3´-дидезокситимидин, азидотимидин (AZT). |  . Ставудин 2´, 3´-Дидегидро-2´, 3´-дидезокситимидин (d4T). |  . Эмтрицитабин (-) - ß- L-3´-тиа-2´, 3´-дидезокси-5-фторцитидин ((-) FTC). |  . Ламивудин 2´, 3´-дидезокси-3´-тиацитидин (3TC). |  . Зальцитабин 2´, 3´-Дидезоксицитидин (ddC). |  . Диданозин 2´, 3´-Дидезоксиинозин (ddI). |  . Абакавир (4- (2-амино-6- (циклопропиламино) - 9H-пурин-9ил) циклопент-2енил) метанол (ABC). |
.
почему в таблице есть заголовок следующего раздела, если здесь ничего не написано?
В настоящее время появление устойчивых к лекарствам вирусов является неизбежным следствием длительного воздействия антиретровирусной терапии на ВИЧ-1. Лекарственная устойчивость - серьезная клиническая проблема при лечении вирусной инфекции, и это особенно сложная проблема при лечении ВИЧ. Мутации устойчивости известны для всех одобренных НИОТ.
Известны два основных механизма, вызывающих лекарственную устойчивость к НИОТ: вмешательство во включение НИОТ и удаление включенных НИОТ. Вмешательство включенных НИОТ включает мутацию в субдомене p66 RT. Мутация вызывает стерическое препятствие, которое может исключать включение некоторых лекарственных средств, например ламивудина, во время обратной транскрипции. В случае удаления включенных НИОТ резистентные ферменты легко принимают ингибитор в качестве субстрата для включения в цепь ДНК. Впоследствии фермент RT может удалить включенные НИОТ, обращая стадию полимеризации. Для реакции вырезания требуется донор пирофосфата, который RT присоединяется к NRTI на 3'-конце праймера, вырезая его из праймерной ДНК. Для достижения эффективного ингибирования репликации ВИЧ-1 у пациентов, а также для задержки или предотвращения появления устойчивых к лекарствам вирусов используются комбинации лекарственных препаратов. ВААРТ, также известная как высокоактивная антиретровирусная терапия, состоит из комбинаций противовирусных препаратов, которые включают НИОТ, НИОТ, ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы и ингибиторы протеаз.
В настоящее время существует несколько НИОТ, находящихся на различных стадиях клинической и доклинической разработки. Основными причинами продолжения поиска новых НИОТ против ВИЧ-1 являются снижение токсичности, повышение эффективности против резистентных вирусов и упрощение лечения анти-ВИЧ-1.
Априцитабин представляет собой аналог дезоксицитидина. Он структурно связан с ламивудином, где положения кислорода и серы по существу перевернуты. Хотя априцитабин немного менее эффективен in vitro по сравнению с некоторыми другими НИОТ, он сохраняет свою активность в отношении широкого спектра вариантов ВИЧ-1 с мутациями устойчивости к НИОТ. Априцитабин находится на заключительной стадии клинической разработки для лечения пациентов, имеющих опыт НИОТ.
Эльвуцитабин - аналог дезоксицитидина, обладающий активностью против ВИЧ, резистентного к нескольким другим нуклеозидам. аналоги, включая зидовудин и ламивудин. Отчасти это происходит из-за высоких внутриклеточных уровней его трифосфатного метаболита, достигнутых в клетках. Клинические испытания эльвуцитабина приостановлены, поскольку он показал подавление костного мозга у некоторых пациентов, при этом количество клеток CD4 + снизилось уже через два дня после начала приема препарата.
Амдоксовир представляет собой пролекарство НИОТ, аналог гуанозина, которое имеет хорошую биодоступность. Он дезаминируется внутри клетки аденозиндезаминазой в диоксолан гуанин (DXG). DXG-трифосфат, активная форма препарата, обладает большей активностью, чем DAPD-трифосфат. Амдоксовир в настоящее время проходит фазу II клинических испытаний.
Рацивир представляет собой рацемическую смесь двух β-энантиомеров эмтрицитабина (FTC), (-) - FTC и (+) -FTC. Рацивир обладает превосходной биодоступностью при пероральном приеме и имеет то преимущество, что его нужно принимать только один раз в день. Можно считать, что рацивир может использоваться в комбинации с двумя НИОТ, и он показал многообещающую противовирусную активность при использовании в комбинации. Рацивир в настоящее время проходит II фазу клинических испытаний.
| Лекарство-кандидат | Априцитабин | Эльвуцитабин | Амдоксовир | Рацивир |
|---|---|---|---|---|
| Химическая структура |  |  |  |  |
| Фаза разработки | Заключительная стадия клинической разработки | Приостановлено | фаза II | фаза II |
В разработке находятся еще несколько НИОТ. Либо спонсоры подали заявку на исследуемый новый препарат (IND), либо заявка была одобрена FDA, либо препараты находятся на разных этапах клинических испытаний. Некоторые из НИОТ, которые находятся в разработке, обладают различными привлекательными фармакологическими свойствами, которые могут сделать их желательными для лечения пациентов, нуждающихся в новых средствах.
