后疫情时代核苷酸和核苷类药物的过去，现在和未来

核苷酸和基于核苷的类似药物被广泛用于治疗急性和慢性病毒感染。这些药物通过一种或多种不同的机制抑制病毒复制。通过在每个复制周期中减少病毒容量来修改病毒的遗传结构。它们的临床成功显示了对几种病毒的强大有效性，包括埃博拉病毒、丙型肝炎病毒、艾滋病毒、中东呼吸综合征、SARS-Cov病毒（图1），以及最近出现的SARS-Cov2病毒。下文将介绍七种不同类型的抑制剂，它们对RNA病毒显示出广谱活性。

图1 常见病毒及其大小

结构类型为核苷酸和核苷类似物的抑制剂都可用于抗病毒产品和治疗药物中，以抑制病毒在受感染细胞中的复制。如图2，核苷酸类抑制剂由磷酸基、糖和含有一到三个磷酸的核酸类似物组成，核苷类抑制剂由糖和核酸类似物组成。核苷酸类似物在体外和体内对各种逆转录病毒和DNA病毒都有抑制作用。基于结构，核苷酸类似物阻止了磷酸化的第一步，而磷酸化是激活核苷类似物所必需的，包括拉米夫定、腺苷、司他夫定、阿巴卡韦和齐多夫定。核苷类似物通常用于治疗单纯疱疹病毒（HSV），人类免疫缺陷病毒（HIV），巨细胞病毒（CMV）感染，水痘-带状疱疹（VZV），乙肝和丙肝病毒。核苷类似物类似于终止新生DNA链的天然核苷酸。首先，这些药物是安全且耐受的，被病毒使用，而不是被人体聚合酶用于DNA复制。核苷类似物是几种抗癌和抗菌药物的基本制剂。核苷酸和核苷类似物是抑制聚合酶的重要抗病毒药物，具有临床疗效。它们目前被用于治疗单纯疱疹、乙型肝炎和HIV-1感染，在鸡尾酒疗法中也非常重要。它能抑制HCV活化形式的依赖RNA的RNA聚合酶NS5B。对冠状病毒、丙型肝炎病毒复制、病毒抑制剂活性和分子结构的分析表明，三磷酸Sofosbuvir是一种有效的SARS-CoV-2 RdRp抑制剂。此前有研究表明，Sofosbuvir、瑞德西韦、利巴韦林、替诺福韦和Galidesivir对SARS-CoV-2 RdRp具有抑制活性。瑞德西韦是在糖上发生1’-氰基修饰的磷酰胺前药。瑞德西韦以前药形式进入细胞后，通过三步转化为三磷酸代谢物NTP，NTP和天然ATP竞争结合病毒RdRp，插入RNA合成链中，引起病毒RNA合成终止，并抑制RdRp酶活性。FDA已宣布瑞德西韦可在紧急情况下用于治疗COVID-19。从各种代谢途径获得的知识表明，未来设计核苷酸前药将更具包容性。它可以是现有药物的组合，也可以是组织靶向药物与一种或多种前药对抗几种病毒感染。在过去的15年里，核苷酸/核苷类药物的发现是一种了不起的科学方法。

图2 核苷和核苷酸的区别（图来源于网络）

核苷酸和核苷类似物抑制剂（NIS）

近年来，NIs已被用于治疗急性和慢性病毒感染。它们作为核苷或核苷酸前体药物，由病毒或宿主激酶在细胞内代谢产生活性三磷酸。NIs抑制剂通过一种或多种独立的排他机制抑制病毒复制。病毒基因组复制过程中外源核苷酸的不恰当结合会导致链的终止和转录或复制的中断。链终止的机制是自发的或在DNA或RNA连续合成后的有限范围内发生。NIs通过这些机制修改病毒的遗传结构，在所有连续的复制周期中导致病毒容量下降。

瑞德西韦

如图3，瑞德西韦（GS-5734）是一种核苷酸类似物，能够抑制RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）， RdRp是病毒复制的重要蛋白。该药物最初主要用于治疗马尔堡感染和埃博拉病毒，但尚未显示出任何临床疗效。目前，已证实其对包括中东呼吸综合征和SARS冠状病毒在内的单链RNA病毒具有抗病毒活性。临床前研究的最新结果表明瑞德西韦相关药物能更有效地对抗COVID-19疾病。该病例报告表明，美国一名临床健康状况恶化的冠状病毒患者曾使用瑞德西韦治疗。他的病情在治疗两天后明显好转。他不再需要补充氧气，只有一些症状，如喉咙痛、干咳和轻微的鼻漏。据报道，还有一例患者使用瑞德西韦康复。动物实验表明，瑞德西韦可有效降低MERSCoV-感染小鼠肺组织中的病毒载量，改善肺功能，减少肺组织的病理损伤。瑞德西韦在体内抗COVID-19疾病的意义在于在低微分子浓度（EC₅₀ = 0.77 μM）时预防感染；CC₅₀ = 100 μM；SI = 129.87。

图,3 瑞德西韦的结构

分子模型研究了SARS-CoV-2 RdRp与瑞德西韦之间的结合机制。瑞德西韦的相对自由结合能计算为-8.28±0.65 kcal/mol，聚合所需的天然ATP底物的相对自由结合能计算为-4.14±0.89 kcal/mol。结果表明瑞德西韦可优先结合并作为SARS-CoV-2 RNA的链终止子。在SARS-CoV-2的结合位点引入后，可以通过替换“局部配体”ATP有效抑制RNA增殖。分子对接结果显示Remdesivir的可能靶点为Echannel (mfScore = -125.1)、RdRp (mfScores = -112.8)、Nsp3b(score= -36.5)、TMPRSS2(score= -36.23,mfScores = 109.4)。在RdRp的情况下，生成的对接模型允许瑞德西韦通过RNA结合通道与SARS-CoV-2 RdRp结合。瑞德西韦（1 ' -氰基）的双重作用是抑制核苷酸的校对和添加，单一的通过加入核苷酸不足以来抑制RNA合成。瑞德西韦通过Asn104和1 ' -氰基之间的位阻碰撞来抑制裂解，以进行校对。它的结合囊（1 ' -氰基）位于RNA模板通道的下方，是核苷酸受体模板的一个重要位点。这种具有口袋状结构的化合物与Asp684、Arg569和Asn497形成了三个氢键。此外，与tyr687、Ala685和Leu576的疏水相互作用指示了瑞德西韦的额外作用。在非人类灵长类动物中，静脉注射10 mg/kg时，半衰期（血浆）为0.39小时。核苷三磷酸代谢物在非人类灵长类动物和人类中的半衰期是14 小时和20小时。

索非布韦

如图4，Sofosbuvir（GS-7977或SOF）主要由Pharmasset有限公司于2010年推出。该公司的目标是寻找新的抗病毒药物，后来在2011年被吉利德收购。Sofosbuvir是一种核苷酸类似物，已被批准主要用于治疗丙型肝炎病毒感染。其主要作用是抑制HCV的NS5B RNA依赖性RNA聚合酶，并在病毒的链终止和复制中发挥作用。细胞酶将宿主细胞（肝细胞）内的sofosbuvir磷酸化转化为核苷三磷酸的活性形式。在HCV亚基因组复制子< 1μM的检测中显示了显著的疗效。在体内给药时，在大鼠、猴子和犬的肝脏中产生了高水平的三磷酸和原代肝细胞，抑制了HCV RNA依赖的RNA聚合酶NS5B。活性药物（2-，Me-UTP）与活性RdRp位点结合。它进一步结合RNA，由于甲基和氟在2号位上的修饰，抑制RNA链的延伸，从而阻止RNA复制和病毒生长。YFV RNA聚合酶分析显示，sofosbuvir三磷酸结合发生在手掌和手指区域之间，与Lys 693、Trp539、Ser603和Gly538残基的形成氢键，并与Lys359和两个Mg²⁺离子形成盐桥相互作用。理论上，经实验观察证实，口服一剂或多剂后，体循环吸收至少80%，中位Tmax为1 h。SOF在肝脏中代谢产生GS-461203；下一阶段去磷酸化后释放主要循环代谢物GS-331007-SOF，在健康和HCV患者中占全身药物暴露（90%）。口服给药后，在给药后0.5 ~ 2 h内测定SOF剂量的最大浓度。然而，注射的剂量，GS-331007 Cmax，发生在SOF给药后2-4小时内。

sofosbuvir的血浆蛋白结合率为61 ~ 65%，但在人血浆中较低（GS-331007）。SOF代谢的主要途径是水解酶降解GS-331007，而在I期试验中，SOF被快速去除，平均半衰期为0.48至0.75 h。然而，GS-331007代谢产物具有长的Tmax（范围：1.5 ~ 8 h;中位数：4小时）和较长的半衰期（范围：7.27至11.80小时）。