非天然结构的抗HIV活性多肽设计及作用机制研究

为发现对抗药性毒株有效的新结构抗HIV活性多肽，本课题基于HIV-1融合抑制剂作用机制，提出设计非天然结构的α螺旋肽，来模拟天然C肽的活性构象，并产生相同的生物学功能；利用非天然序列与天然结构非同源性的特点，探讨实现克服抗药性的可能性。通过前期研究工作，已设计合成了具有一定抑制HIV-1融合活性的非天然肽序列，表明人为设计非天然序列的确可以在一定程度上实现模拟天然序列功能，相关研究结果已经发表于JBC和BBRC。本课题是基于前期研究结果的延续和深入。目的是通过研究新序列与靶标作用位点的精细结构和作用方式，引入能够强化与靶序列作用的化学结构修饰，进而提高生物活性。重点是针对药物靶点的非天然新结构化合物设计、生物学功能与作用机制研究。研究结果对于深入理解HIV融合抑制剂作用机制以及合理设计新一代抗HIV-1融合药物，可提供有益参考。

HIV-1 融合抑制剂是衍生于HIV-1 gp41 CHR序列的多肽，通过与相应的NHR作用，抑制促融合的六螺旋体结构(6-HB)的形成，阻断病毒与靶细胞膜的融合从而抑制病毒进入靶细胞, 在感染的初始环节切断HIV-1 的传播, 其中T20 已于2003 年上市。尽管T20的发现开辟了利用肽类药物控制HIV的新领域，但是其易被蛋白酶降解，体内生物利用度低。并且由于T20完全衍生于gp41天然序列，对靶标突变的敏感性高，容易产生耐药性。如何克服耐药性以及提高酶解稳定性，是新一代HIV融合抑制剂研究的主要方向。目前的策略是引入螺旋稳定结构，在天然序列的基础上，对其中非保守氨基酸残基进行删除替换，但是并未从本质上改变天然序列的结构。本课题应用计算机辅助的基于结构理性设计方法，从头设计了一系列与天然序列完全非同源的、高活性的、能够抑制T20耐药毒株的人工序列肽以及小分子-多肽缀合物，作为全新结构的HIV融合抑制剂。首先，模拟天然C肽的活性构象，设计合成了一种靶标非特异性的通用HR序列模型肽5HRu，能够在溶液中形成稳定的螺旋二级结构，接着，对其与靶标作用关键的a, d, e位残基进行特异性的定点修饰突变，从而增强人工肽与靶标的特异性结合力。得到了抑制HIV-1融合活性达到低纳摩尔水平的、与天然序列T20和C34活性相当的、完全非天然衍生的人工序列，并且能够抑制T20耐药毒株。在此基础上，进一步将活性小分子融合抑制剂NB-1,A12与非天然的人工肽相结合，以活性小分子取代肽类融合抑制剂中的功能区PBD和LBD，设计了全新结构HIV融合抑制剂。结果表明将肽类药效团与非肽类药效团缀合后两者能够发挥显著的协同作用，单独的小分子或者失去功能区序列的多肽均仅显示出微弱的抑制HIV-1融合活性，而二者的缀合物抑制活性显著提高。其中活性最高的缀合物Aoc-βAla-P26和 Noc-βAla-P26 ，抑制HIV融合的IC50 值分别达到低纳摩尔水平，并且能够抑制T20耐药性HIV-1毒株。此外，新化合物抑制蛋白酶降解能力也比T20和C34显著提高。研究结果表明了非天然序列抗HIV活性肽设计策略具有一定的合理性，新化合物可作为活性先导物，设计新的抗HIV-1以及其它的具有I型融合蛋白结构的病毒感染药物。