双功能小分子/多肽偶联物用于HIV-1包膜依赖的细胞杀伤

来源：ACS美国化学会

大家好，本周为大家介绍一篇ACS Chem. Biol.文章，标题为“HIV-1 Env-Dependent Cell Killing by Bifunctional Small-Molecule/Peptide Conjugates”。文章的通讯作者是来自美国德雷克塞尔大学医学院的Irwin Chaiken教授。

迄今为止，全球有超过三千万人受到艾滋病病毒的感染。尽管抗逆转录病毒疗法的发展显著提高了艾滋病病人的存活寿命，但是该疗法的成本过高，且容易使病毒产生相应的抗性。因此，为了防治艾滋病，人们还需要采用新的医疗手段。

在本文中，作者合成了一类双功能的HIV-1抑制剂。这类抑制剂能够同时与HIV-1包膜糖蛋白中的两个亚单元结合，并通过改变包膜糖蛋白的内部构象诱导HIV-1病毒的水解，同时抑制HIV-1病毒对细胞的感染。双功能抑制剂的其中一个组成部分源自一个小分子CD4模拟物BNM-III-170，BNM-III-170能够与HIV-1包膜糖蛋白中的gp120亚单元结合。另一个组成部分源自HIV-1病毒gp41膜近侧区域的N端，是一段带有三个色氨酸的多肽(Trp3)，该组成部分能够与gp41亚单元结合。 

图1. 包膜糖蛋白的组成以及与双功能抑制剂相互作用的模式。

在合成双功能抑制剂的过程中，作者通过氨基与醛基的缩合反应将带有叠氮基团的化学连接臂与小分子CD4模拟物BNM-III-170相连，随后再通过铜催化的点击化学反应将其与带有末端炔基的固相合成多肽Trp3共价连接。 

图2. 双功能抑制剂的制备流程。

通过调整化学连接臂的大小，作者得到了不同长度的小分子/多肽双功能抑制剂，并对这些双功能抑制剂的活性进行了测试。萤光素酶报告实验的结果表明，这类双功能抑制剂能够有效抑制HIV-1 BaL.01假病毒对HOS.T4.R5细胞的感染。此外，作者通过酶联免疫分析对病毒溶解释放的p24抗原进行定量，证实了双功能抑制剂能够诱导病毒的溶解。 

图3. 双功能抑制剂的活性测试。

活性测试表明，单独使用BNM-III-170也能够有效抑制病毒对细胞的感染，而单独使用Trp3则不能起到抑制病毒感染的效果。除此之外，只有在两个组成部分被共价连接的情况下，双功能抑制剂才能够抑制病毒的水解。同时使用BNM-III-170和Trp3则不能起到抑制病毒水解的效果。

图4. 双功能抑制剂与不同组成部分的活性比较。

在研究的过程中，作者发现这类双功能抑制剂不仅能够诱导包膜蛋白阳性病毒的溶解，还能够非特异性地诱导包膜蛋白阴性病毒的溶解。这说明双功能抑制剂能够与病毒膜结构发生相互作用，并对其产生一定的破坏作用。作者通过分子模拟实验证明，BNM-III-170具有嵌入病毒膜结构的倾向，这可能是造成双功能抑制剂产生非特异性病毒水解效应的潜在原因。

图5. BNM-III-170嵌入病毒膜结构的分子模拟实验。

之后，作者用双功能抑制剂对几个病毒侵染体系进行了活性测试，发现双功能抑制剂能够选择性地杀死呈递包膜糖蛋白的细胞，而对不呈递包膜糖蛋白的细胞没有影响。这说明双功能抑制剂能够有效清除被HIV-1病毒感染的细胞，从而起到治疗艾滋病的效果。

图6. 针对不同病毒侵染体系的活性测试。

总而言之，作者在这项工作中开发的双功能抑制剂能够有效地抑制病毒对细胞的感染。此外，这类抑制剂能够还诱导病毒的水解，同时清除被包膜糖蛋白阳性病毒感染的细胞。其中，双功能抑制剂诱导病毒水解的过程不完全依赖于抑制剂与包膜糖蛋白的相互作用，作者猜测双功能抑制剂的其中一个组成部分BNM-III-170具有嵌入病毒膜结构的倾向，并协同另一个组成部分Trp3对病毒膜结构产生破坏作用。