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高效抗逆转录病毒疗法(HAART)的成功运用使得HIV/AIDS成为可控但棘手的慢性感染疾病,但是由于该疗法并不能完全清除病毒以及病毒耐药和毒副作用等问题的存在,新型抗HIV药物的研发依然是一个重要课题。天然产物来源的化合物结构多样,是发现新的化学个体和新的药物先导化合物的重要来源。研究表明,大量植物来源的小分子化合物具有抗HIV-1活性。本研究利用基于细胞的体外药物筛选模型对超过200个天然小分子化合物进行了抗HIV-1活性筛选,获得了两个具有活性的化合物,防己诺林碱和雷公藤甲素,并对这两个化合物的体外抗FIV-1活性及机制进行了系统研究。
防己诺林碱是一种天然存在于粉防己等植物根茎中的双苄基异喹啉生物碱。研究结果表明:该化合物在T淋巴细胞系中显示一定的抗HIV-1活性(EC50=0.8~1.7,TI=3.8~8.6),但是在TZM-b1细胞中却不能抑制病毒复制,说明其作用于病毒蛋白表达之后的复制阶段。在感染性病毒产生实验中,防己诺林碱对病毒Gag颗粒产生并没有影响,但是却可以减弱子代病毒的感染性,证实了其作用于HIV-1复制周期中的晚期事件。在排除了影响病毒颗粒成熟的可能之后,我们发现防己诺林碱在病毒复制晚期特异性作用于HIV-1包膜蛋白,而对由VSV-G包裹的HIV-1假病毒的感染性没有影响。之后,通过对病毒中包膜蛋白的免疫印迹检测发现,防己诺林碱可以特异性降低HIV-1颗粒中gp120的含量。在合胞体形成实验我们发现防己诺林碱可以影响被感染细胞中Env的正常表达,使之失去细胞融合诱导能力。最后,通过胞内gp120免疫印迹和gp160 pulse-chase实验,证实防己诺林碱不影响gp160的合成,但能抑制其剪切。Gp160的剪切是HIV-1复制过程中的必不可少的一个步骤,防己诺林碱正是通过抑制该过程来发挥抗HIV-1作用的。
雷公藤甲素是一个具有多种生物活性的二萜内酯,来源于中药雷公藤的根。体外抗病毒实验表明,雷公藤甲素能够在TZM-b1报告细胞、Jurkat T淋巴细胞和外周血单个核细胞(PBMCs)中抑制HIV-1的复制,EC50分别为0.32 nM,0.45 nM和1.1 nM。在time-of-addition实验中,通过与作用机制明确的参照药物对比发现雷公藤甲素可能作用于病毒复制周期中的晚期阶段。在HIV-1单轮复制系统中,通过PCR检测前病毒DNA和病毒mRNA的合成,发现该化合物作用于HIV-1基因整合后的转录阶段。同样,瞬时转染HIV-1报告质粒pNL4-3.Luc.R-E-进入Jurkat的细胞后,雷公藤甲素处理也能够抑制报告基因的表达,验证了该化合物作用于病毒基因表达阶段。之后,分析HIV-1启动子LTR的活性发现,雷公藤甲素不影响TNF-α对LTR的活化作用,但是可以剂量依赖地抑制Tat对LTR的反式激活。
本研究表明:防己诺林碱和雷公藤甲素具备用于抗HIV-1药物研发或者用于HIV-1复制机制基础研究的潜在价值。