Вирусные новости
Научный дайджест
О самом интересном и актуальном
в мире вирусологии
Вирусные новости
Куратор проекта
Халдин Алексей Анатольевич
  • Член-корреспондент РАЕН
  • Профессор
  • Доктор медицинских наук
  • Научный руководитель Центра вирусной патологии кожи ГБУЗ “Московский научно-практический центр дерматовенерологии и косметологии” Департамента здравоохранения г. Москвы
  • Президент врачебного некоммерческого партнерства “ГЕРПЕС-ФОРУМ”.
История создания лекарственных средств для лечения герпесвирусной инфекции
15.06.2020
"Данная статья выбрана для проекта, так как исторический анализ подобного объема беспрецедентен и дает возможность врачам оценить этапы развития противовирусной терапии синтетическими ациклическим нуклеозидами."
15.06.2020
История создания лекарственных средств для лечения герпесвирусной инфекции

История открытия селективных противовирусных препаратов началась в 1957 г., когда Айзекс и Линдеман открыли интерферон и его способность бороться с вирусами. Тогда усилия ученых по всему миру были направлены на эндогенную индукцию интерферона и решение вопроса по его производству вне организма человека.

Первый путь быстро привел к открытию некоторых синтетических полианионов, таких как полиакриловая кислота. Сразу несколько исследователей сообщили о том, что различные виды подобных соединений – сополимеры пирана, двухцепочечные РНК типа poly(I) и poly(C) – могут быть индукторами интерферона. Четыре статьи с такими сообщениями опубликованы в научных журналах в 1967 г. и одна – в 1968 г.

Хотя исследования активности и безопасности двухцепочечных РНК poly(I) и poly(C) не дали ожидаемых результатов, эти соединения сыграли важную роль в клонировании и экспрессии человеческого интерферона-β. Впервые полученный экзогенно, он нашел свое применение в лечении рассеянного склероза.

 

DHPA

В 1976 г. обнаружены противовирусные свойства еще одного соединения – S-9-(2,3-дигидроксипропил)-аденина (DHPA). Но это был не первый ациклический аналог нуклеозида. На несколько месяцев раньше была опубликована информация об активности ацикловира [9-(2-гидроксиэтоксиметил)гуанина] против вирусов группы герпеса. Ацикловир с его селективной противовирусной активностью, которая объяснялась специфическим распознаванием вирусной тимидинкиназы, представлен Г. Элион уже в декабре 1977 г.

DHPA в отличие от ацикловира проявлял широкий спектр противовирусной активности как против РНК-, так и ДНК-вирусов. Позже выяснилось, что это было связано с его специфическим взаимодействием с S-аденозилгомоцистеин (SAH) гидролазы. Выявлены различные аналоги аденозина (ациклические или кабоциклические) с таким же действием.

В результате, несмотря на недостаток клинических исследований, DHPA начала производить компания Lachema в тогда еще существовавшей Чехословакии. Его применяли для местного лечения лабиального герпеса.

Позже единственным соединением, лицензированным для клинического применения при местном лечении ВПГ-инфекций, стал ацикловир.

 

BVDU

Следующим после ацикловира как специфический антигерпесвирусный агент описан BVDU – (E)-5-(2-бромвинил)-2'-дезоксиуридин. Из герпесвирусов высокую чувствительность к нему продемонстрировали ВПГ 1-го типа и вирус ветряной оспы (VZV), который также вызывает опоясывающий лишай. Дело в том, что эти вирусы активно фосфорилируют BVDU в инфицированных клетках, а конечной мишенью для противовирусного действия является вирусная ДНК-полимераза.

BVDU (бривудин) показал себя как более сильный ингибитор репликации VZV, чем ацикловир, поэтому под различными торговыми марками широко использовался в Германии, Италии, Бельгии и других странах для лечения опоясывающего лишая. Сравнительных клинических данных по активности BVDU в отношении других вирусных инфекций, например ВПГ 2-го типа, было недостаточно, поэтому повсеместного распространения он не получил.

 

Аминокислотные эфиры ацикловира

Ацикловир стал первым специфическим противовирусным соединением, внедренным в медицинскую практику для системного лечения герпесвирусных инфекций.

Главной проблемой в использовании ацикловира стали его недостаточная биодоступность и низкая растворимость в воде. Чтобы это преодолеть, были разработаны сложные аминокислотные (глициловые и аланиловые) эфиры ацикловира.

Глициловый ацикловир применяли в виде глазных капель при лечении герпетических глазных инфекций (кератита), что стало его преимуществом, так как ацикловир до этого можно было использовать только в виде глазной мази.

Одно из важнейших преимуществ дало создание разновидности аминокислотных эфиров – валина, получившего название – валацикловир.

Валацикловир показал гораздо лучшую биодоступность, чем исходное соединение. В результате он смог заменить ацикловир для системного лечения герпесвирусных инфекций, когда компании начали массовое производство генериков.

Валацикловир применялся для перорального лечения инфекций, вызванных как ВПГ, так и VZV.

Дальнейшие исследования привели к созданию ациклических нуклеозидных фосфонатов, которые проявляли выраженную активность в отношении широкого спектра ДНК-вирусов, а также ретровирусов. Это послужило ключевым моментом для разработки противовирусных средств (в частности тенофовира), эффективных для лечения ВИЧ-инфекции и вирусных гепатитов, а также цитомегаловирусной инфекции.

Поиски соединений с противовирусной активностью и высокой доступностью среди аналогов бициклических нуклеозидов продолжаются, однако результаты исследований пока не разглашают. Таким образом, одним из наиболее применяемых в клинической практике средств на сегодняшний день считаются препараты, действующим веществом которых является валацикловир, одобренный Управлением по контролю пищевых продуктов и лекарств в США еще в 1995 г.


Материал подготовлен на основании информации из статьи De Clercq E. Fifty Years in Search of Selective Antiviral Drugs. J Med Chem. 2019 Aug 22; 62 (16): 7322–7339. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b00175. Epub 2019 Apr 12 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30939009).


NPS-RU-NP-01094-DOC

 

 

Исследование соединения молекул, переноса заряда после возбуждения электронов и анализ волновой функции (ESP, ELF, LOL) в молекуле валацикловира
25.05.2020
«Данная статья проекта позволяет ещё раз акцентировать внимание врачей на механизме противовирусного действия валацикловира и правильном его назначении при лечении обострения герпес-вирусной инфекции и вторичной профилактики возбудителя»
25.05.2020
Исследование соединения молекул, переноса заряда после возбуждения электронов и анализ волновой функции (ESP, ELF, LOL) в молекуле валацикловира

Валацикловир (Ormrod et al., 2000; Beale, 2004) является пролекарством и синтетическим аналогом пуринового нуклеозида с подавляющей активностью в отношении вируса простого герпеса (ВПГ) типов 1 (ВПГ-1) и 2 (ВПГ-2), вируса ветряной оспы (VZV), вируса Эпштейна–Барр (VEB) и цитомегаловируса (CMV). Валацикловир практически полностью превращается в ацикловир и L-валин, предположительно под воздействием фермента валацикловиргидролазы. Валацикловир ингибирует синтез вирусной ДНК сразу после фосфорилирования и превращения в активную форму – ацикловиртрифосфат.

Первая стадия фосфорилирования требует активности вирус-специфических ферментов. Для ВПГ, VZV и VEB таким ферментом является вирусная тимидинкиназа, которая присутствует только в пораженных вирусом клетках. Ингибирующая активность валацикловира является высокоселективной вследствие его сродства ферменту тимидинкиназа (ТК), кодируемому ВПГ и VZV.

Для понимания реакционной способности рассматриваемой молекулы в реакциях связывания с вирусными белками требуется глубокое понимание ее внутренних свойств. В ходе тщательного литературного поиска обнаруживается лишь малое количество исследовательских работ (Karaman et al., 2012; Rajamani and Muthu, 2013) по анализу поверхности и электронной структуры валацикловира. Цель настоящего исследования – дать характеристику валацикловиру по различным физико-химическим аспектам, применяя квантово-химические расчеты и методы анализа волновых функций. Оптимизированная геометрическая структура рассматриваемого соединения была получена с использованием программы Gaussian 09W с B3LYP/6-311++G (d, p) в качестве базового набора. УФ-спектроскопический анализ проводили с использованием воды в качестве растворителя. Электронные свойства соединения оценивались на основе энергий HOMO-LUMO и УФ-спектрального анализа с использованием метода TD-DFT. Топологический анализ был сделан на основе карты электростатического потенциала (ЭСП) (Murray and Politzer, 1998; Lu and Chen, 2012a), функции локализации электронов (ELF) (Silvi and Savin, 1994) и локализованного орбитального локатора (LOL) (Jacobsen, 2008), полученных из multiwfn. Функции Фукуи и дескрипторы химической реактивности были рассчитаны для изучения реакционной способности молекулы. Молекулярное соединение проводилось с различными типами вирусных белков, с оценкой параметров стыковки. Для большего понимания процесса были также построены графики Рамачандрана.

Спектр ультрафиолетового поглощения образца исследовали в диапазоне 200–800 нм с помощью регистрирующего спектрометра серии UV-1700.

Оценка молекулярного соединения позволяет нам изучать связывание малых молекул (лигандов) с белками, что имеет большее значение для скрининга виртуальных библиотек молекул, подобных лекарствам, и, таким образом, ведет к дальнейшей разработке новых лекарственных средств (Morris et al., 2009; Trott и Olson, 2010). Исследования in vitro показывают хорошую пероральную биодоступность (Perry and Faulds, 1996) валацикловира. Валацикловир доказал свою эффективность в лечении инфекций, вызванных вирусом простого герпеса (Bodsworth et al., 1997), вирусом ветряной оспы (Beutner et al., 1995) и цитомегаловирусной инфекции (Feinberg et al., 1998). Для изучения противовирусной активности рассматриваемого соединения in vivo проводили соединение с активными центрами целевых белков и получали необходимые параметры. Вирус ветряной оспы 1osn (кристаллическая структура тимидинкиназы вируса ветряной оспы и др., 2003), вирус простого герпеса 2GV9 (кристаллическая структура типа вируса простого герпеса и др., 2006) были выбраны для изучения противовирусного свойства лиганда. Структура целевых белков загружается из банка данных белков RCSB (Research Collaboratory for Structural Bioinformatics) (http://www.rcsb.org/pdb/home/home. Do). Графический пользовательский интерфейс AutoDock Tools (ADT) использовали для получения белка путем удаления воды, добавления полярных водородов и необходимых зарядов. Для изучения способа связывания выбрано соединение, соответствующее самой низкой энергии связи. Взаимодействия рассматриваемого соединения, взятого в качестве лиганда, со всеми тремя вирусными белками показаны на рисунке. Наблюдая за графиками Рамачандрана для всех трех белков, 90% остатков находится в разрешенной области, обведенной синей линией, и только немногие лежат в частично разрешенной области. Это наблюдение указывает на стабильность белка, выбранного для связывающего взаимодействия.

Водородные связи образуются между атомами водорода и атомами кислорода/азота из лиганда и белка. Изучение соответствия соединения лиганда с белками показывает, что атомы N11, O20, H31, H32 и H38 являются единственными участками, подвергающимися образованию водородных связей. Установлено, что глобальное минимальное значение было найдено при O20. Это указывает на плотное электронное поле вокруг атома, которое, вероятно, притягивает бедную электронами область взаимодействующей мишени. То же самое происходит с атомом азота N11, имеющим следующее минимальное значение (-61.2936). Обычно водородные связи образуются между водородом, который связан с более электроотрицательным атомом (кислород, азот и т.д.) и другим атомом, несущим одну пару электронов. Сходную картину можно наблюдать при формировании связи лиганд–белок. Только атомы водорода, связанные с кислородом и азотом, образуют связи. Результаты моделирования показывают хорошее соответствие исследованиям in vitro (Beutner et al., 1995; Bodsworth et al., 1997). Валацикловир демонстрирует хорошую аффинность связывания со всеми тремя вирусными белками, что указывает на противовирусную активность в отношении вирусных инфекций (против ВПГ типов 1 и 2, варицелла-зостер вируса (ВЗВ).

В настоящей работе сообщалось о подробном анализе реактивного участка наряду с исследованиями молекулярного соединения валацикловира.

Валацикловир является противовирусным средством, представляет собой L-валиновый сложный эфир ацикловира. Ацикловир является аналогом пуринового нуклеозида (гуанина).

В организме человека валацикловир быстро и практически полностью превращается в ацикловир и валин, предположительно под воздействием фермента валацикловиргидролазы.

Ацикловир является специфическим ингибитором вирусов герпеса с активностью in vitro против вирусов простого герпеса (ВПГ) типов 1 и 2, варицелла-зостер вируса (ВЗВ) (Varicella zoster virus), цитомегаловируса (CMV), вируса Эпштейна–Барр (VEB) и вируса герпеса человека типа 6. Ацикловир ингибирует синтез вирусной ДНК сразу после фосфорилирования и превращения в активную форму – ацикловиртрифосфат.

Первая стадия фосфорилирования требует активности вирус-специфических ферментов. Для ВПГ, VZV и VEB таким ферментом является вирусная тимидинкиназа, которая присутствует только в пораженных вирусом клетках. Частично селективность фосфорилирования поддерживается у цитомегаловируса опосредованно через продукт гена фосфотрансферазы UL97. Эта необходимость активации ацикловира специфическим вирусным ферментом в значительной степени объясняет его селективность. Процесс фосфорилирования ацикловира (превращение из моно- в трифосфат) завершается клеточными киназами.

Ацикловиртрифосфат конкурентно ингибирует вирусную ДНК-полимеразу и, будучи аналогом нуклеозида, встраивается в вирусную ДНК, что приводит к облигатному разрыву цепи, прекращению синтеза ДНК и, следовательно, к блокированию репликации вируса.

Валацикловир в данной работе продемонстрировал хорошую аффинность связывания со всеми тремя вирусными белками, что указывает на противовирусную активность в отношении вирусных инфекций [против вирусов простого герпеса (ВПГ) типов 1 и 2, варицелла-зостер вируса (ВЗВ)].

 

Приложение А. Дополнительные данные, имеющие отношение к статье, представлены в онлайн-версии на сайте https://doi.org/10.1016/j.compbiolchem.2018.11. 014.


На основе: 

1. B FR, Prasana JC et al. Molecular docking studies, charge transfer excitation and wavefunction analyses (ESP, ELF, LOL) on valacyclovir: A potential antiviral drug. Comput Biol Chem. 2019 Feb;78:9-17. doi: 10.1016/j.compbiolchem.2018.11.014. Epub 2018 Nov 17. 

2. Инструкция по медицинскому применению лекарственного препарата валацикловир.