HIV 衣壳蛋白有望成为 HIV 治疗新靶标

　　近年来，高效抗逆转录病毒疗法的出现大大降低了 HIV/AIDS 的传播和严重程度，但仍不能达到治愈，因此，仍需要开发新的治疗方法和靶向药物。最近，以 HIV-1 衣壳蛋白为靶点的研究引起了广泛的关注。

　　图 1. 2020 年第 23 届世界艾滋病大会 （AIDS2020） 在线召开 （7 月 6 日-7 月 10 日）

 

　　目前，针对 HIV 的致病机制，已获批准上市的抗 AIDS 药物共分为六大类：非核苷类逆转录酶抑制剂 （NNRTIs）、核苷类逆转录酶抑制剂 （NRTIs）、整合酶抑制剂 （INSTIs）、蛋白酶抑制剂 （PIs）、病毒成熟抑制剂 （MIs） 和辅助受体 CCR5 抑制剂。目前还没有获批上市的 HIV-1 衣壳蛋白抑制剂。

 

　　常见的 HIV 感染治疗方案是将两种 NRTI 与 PI、NNRTI 或 INSTI 结合的联合抗逆转录病毒疗法 （cART）。这种疗法非常有效，可以延长预期寿命和减缓艾滋病的传播。然而，cART 并不能治愈患者，且存在一些风险，例如停止治疗导致的病毒载量迅速反弹，病毒耐药性的出现，以及长期治疗的副作用影响预期寿命。因此，仍然需要研发具有优良特性的新药和探索新的靶点。

 

　　近日，Nature 上关于 HIV 的最新研究“Clinical Targeting of HIV Capsid Protein With a Long-Acting Small Molecule”引起了广泛的关注，该研究证明了 HIV 衣壳蛋白长效抑制剂 GS-6207 具有治疗或预防 HIV 感染的潜力。

　　图 2. 靶向 HIV 衣壳蛋白的长效小分子相关研究

 

　　衣壳蛋白的结构及作用

 

　　HIV 感染细胞时，病毒将其单链 RNA 基因组逆转录成双链 DNA，穿越细胞质并穿过核膜，然后整合到宿主染色体中 （HIV 感染和复制机制见往期：典型传染病的始作俑者——五大病毒及其靶向药物）。

 

　　?下面我们以 HIV-1 为例，对 HIV 的衣壳蛋白及其作用进行介绍。

 

　　在成熟、具有感染能力的 HIV-1 中，病毒基因组位于一个由病毒衣壳蛋白 （Capsid protein, CA） 组成的圆锥形衣壳核心 （Capsid core） 内。衣壳核心由约 250 个 CA 六聚体和 12 个五聚体组装而成。CA 亚基又由两个结构域组成，即 N-端结构域 （NTD） 和 C-端结构域 （CTD）。在每个六聚体中，每个 CA 子单元都通过 NTD-NTD 接口和 NTD-CTD 接口相互连接 （图 3）。

　　图 3. HIV-1 衣壳蛋白的结构

 

　　a.  Envelope, ENV：蛋白包膜 （ENV 糖蛋白复合物包含了 gp120 亚基和 gp41 亚基）；Matrix，MA ：Gag 多肽衍生蛋白基质；CA：衣壳蛋白；Nucleocapsid，NC：核衣壳/核衣壳蛋白。b. CA 六聚体 （橙色） 和五聚体 （黄绿色）。c. 形成 HIV-1 主要衣壳核心的六聚体亚基的顶视图和侧视图。d. CA NTD （蓝色） 和 CA CTD （红色）。

 

　　我们对 HIV-1 病毒进入细胞后直至其基因组整合到宿主染色体中的过程，即 HIV-1 感染的早期步骤还了解甚少。已有研究表明，CA/衣壳在早期事件中起关键作用。例如衣壳不仅充当保护屏障使病毒基因组免于被识别和降解，而且还能促进逆转录，与核孔复合体接触，并直接整合位点靶向。这些过程中，衣壳还必须与宿主蛋白和一些代谢产物相互作用，并在适当的位置和时间分解以释放病毒基因组，发生“脱壳”（Uncoating）。

 

　　在 HIV-1 形态发生过程中，CA 参与两个不同的装配事件。细胞中，在形成未成熟、非感染性病毒的过程中，涉及球形衣壳的自组装，该衣壳包含多达 5000 个 Gag 多蛋白分子，其中 CA 构成是 Gag 的一部分；在病毒成熟期间，Gag 经过蛋白酶水解处理，未成熟的衣壳解体，大约 1000-1500 个释放的 CA 分子自缔合，形成成熟的圆锥形衣壳。

 

　　衣壳的正确形成和完整对病毒的感染性至关重要，因此，CA 是一个非常有吸引力的抗 HIV-1 靶点。

 

　　靶向 CA 的抑制剂

 

　　靶向 CA 可以干扰 HIV-1 复制周期的早期和晚期步骤。近年来，越来越多抑制 CA 功能的小分子和基于肽的化合物被发现或开发。除了上述提及的 GS-6207，还有一些较为经典的抑制剂，如：CAP-1，可结合到 CA 的 NTD，并抑制病毒成熟过程中的核心组装；PF-3450074，在细胞感染早期靶向 CA, 诱导 HIV-1 衣壳快速溶解，使病毒周期中的“脱壳”过早发生，从而抑制 HIV-1 感染；肽类抑制剂衣壳组装抑制剂 CAI，与 CA-CTD 中的疏水腔结合，从而破坏 CTD 二聚体界面。

 

　　靶向 HIV-1 Gag

 

　　Gag 蛋白是逆转录病毒编码的三种基因产物之一，HIV-1 的组装主要由 Gag 蛋白控制。出芽后，Gag 被病毒蛋白酶切割，从而产生一系列较小的蛋白质 （MA、CA 和 NC） 和肽 （SP1、SP2 和 p6）。

 

　　图 4. HIV-1 Gag 的主要功能基序示意图
 

　　除了已经介绍的 CA 之外，Gag 的其他组分也与其功能密不可分。

 

　　NC：NC 与 Gag 的装配有关，还与 Gag 将病毒基因组 RNA 募集到病毒颗粒的功能相关；

 

　　MA：Gag 的 MA 结构域在病毒复制周期中起两个主要作用，在组装过程的早期将 Gag 引导至质膜，以及促进病毒 ENV 糖蛋白掺入新生的病毒体中；

 

　　p6：HIV-1 Gag 的 p6 区域具有所谓的晚期结构域，招募病毒释放所需的细胞机制。

 

　　因此，Gag 分子的其他成分也有可能成为 HIV-1 的治疗靶点。