Az 1981-ben felismert szerzett híres-hirhedt immunhiány szindrómáról (AIDS) csakhamar kiderült, hogy a humán T-limfocita sejteket támadja meg, s hosszabb-rövidebb latencia után a szervezet immunrendszerét megbénítja. Hamarosan sikerült a vírus izolálása szövettenyészetből, majd felfedezték a suramin és az AZT HIV ellenes hatását. A vírus burkát alkotó fehérjék (kapszidok) és a vírus által kódolt enzimek szerkezetét tökéletesen ismerik, azonban az óriási erőfeszítések ellenére is csak napjainkra sikerült némi előrehaladást elérni a kemoterápia terén.
Mint a vírusoknál általában, a retrovírus HIV esetén is nehéz megfelelő támadáspontokat találni, amelyek ráadásul eléggé szelektívek ahhoz, hogy a gazdaszervezet károsítása nélkül lehessen megfelelő kemoterapeutikumokkal a vírus szaporodását meggátolni. A HIV replikatív ciklusát és a vírus szerkezetét vázlatosan az alábbi ábra szemlélteti:
Az első lépésben a vírus adszorbeálódik a gazdasejt felszinén, majd a vírus és a sejt fúziója következik. A gazdasejtbe bekerült vírusról ezután lekerül a külső fehérjeburok (uncoating), majd a reverz transzkriptáz enzim hatására a vírus RNS-e átíródik DNS-é (a ritka retrovírusoknál ugyanis a genetikus információt nem DNS, hanem RNS hordozza. Ahhoz, hogy ez a gazdasejtet befolyásolja, előbb DNS-sé kell alakítani). A kialakult cirkuláris DNS ezután az integráz enzim segítségével beépül a gazdasejt DNS-ébe. A vírus kevés információ tartalmaz: a fehérjeburok és a szaporodásához szükséges néhány enzim (reverz transzkriptáz, integráz, proteáz) kódjait tartalmazza. A módosult gazda DNS irányításával ezután legyártódik a vírus fehérjeburka, azonban ez is több lépcsőben történik, mivel a prekurzor fehérjék egy proteáz enzim hatására alakulnak át a végleges formájukba. Végül az összeszerelődött vírus kiválik a gazdasejtből.
HIV-1 sejttel fertőződött H9 sejt elektronmikroszkópos felvétele (courtesy of Dr. Jacquelline Muller, FDA, CBER, forrás: www.niaid.nih.gov).
A megfelelő kemoterápia érdekében gyakorlatilag minden egyes lépés gátlásával próbálkoznak, s már számos in vitro gátlószer ismeretes.
1) Vírus adszorpciójának a gátlása. Jónéhány olyan polianionos vegyület ismert, amely már igen kis koncentrációban is gátolják a HIV adszorpcióját a gazdasejtre, hatásuk a vírus felszinét borító glikoproteinnel való kölcsönhatáson, maszkírozáson alapszik. Idetartozik az egyik legelsőnek talált HIV ellenes vegyület, a suramin (amely egyébként az afrikai álomkór már rég ismert gyógyszere), Evans kék, és sok poliszacharid poliszulfát, mint a dextrán szulfát, heparin, ciklodextrin származékok, politrifenilmetán származékok stb. A suraminnal a jó in vitro eredmények alapján a 80-as évek közepén klinikailag is próbálkoztak, azonban a gyakorlatban nem váltotta be a reményeket. A polianionos anyagok belsőleg nemigen alkalmasak kezelésre, mivel egyrészt igen rosszul szívódnak fel, másrészt felületaktív hatásuk miatt erős koagulálószerek. Topikus (helyi) alkalmazásukkal viszont próbálkoznak, mivel a fertőzést kivédendő, lokálisan használva meggátolhatják a vírus szexuális úton történő terjedését.
Az első, a gyakorlatban is sikeres adszorpciógátló 2003-ban került forgalomba, a Hoffman-LaRoche által kifejlesztett Fuzeon (enfuviritide), amely egy 36 aminosavból álló peptid. Ez a vírus molekula felületén található glikoprotein g41-es alegységével reagál és meggátolja, hogy kapcsolódjon a gazdasejt felületén a kemokin receptorokkal, s ezáltal a membránfúzió létrejöhessen:
N-Acetyl-L-tyrosyl-L-threonyl-L-seryl-L-leucyl-L-isoleucyl-L-histidyl-L-seryl-L-leucyl-L-isoleucyl-L-α-glutamyl- L-α-glutamyl-L-seryl-L-glutaminyl-L-asparaginyl-L-glutaminyl-L-glutaminyl-L-α-glutamyl-L-lysyl-L-asparaginyl- L-α-glutamyl-L-glutaminyl-L-α-glutamyl-L-leucyl-L-leucyl-L-α-glutamyl-L-leucyl-L-α-aspartyl-L-lysyl-L-tryptophyl- L-alanyl-L-seryl-L-leucyl-L-tryptophyl-L-asparaginyl-L-tryptophyl-L-phenylalaninamide
2) Két membrán fúziójának gátlása. Különböző mannóz tartalmú növényi lektinek, terpének, betulinsav, a lizin ω-aminocsoportján módosított albuminok meggátolják a vírus és a citoplazma membrán egyesülését. Klinikai kipróbálásra alkalmas ilyen hatású vegyület még nem született, leginkább a betulinsav látszik erre alkalmasnak e pillanatban.
3) "Uncoating" gátlás. Eleddig egy vegyületcsaládot írtak le, amely hatékonyan gátolja a vírus genetikus anyagának felszabadulását, nevezetesen a biciklámnak nevezett bis-tetraaza-ciklotetradekán származékokat, például a JM3100, már 1-10 ng/ml koncentrációban gátolja a vírus szaporodását:
4) Reverz transzkriptáz gátlás. Mint már említettük, ez az enzim arra való, hogy az egyszálú vírus RNS-ból kétszálú DNS-t készítsen. Működése kettős: a polimeráz funkció a DNS készítést, a ribonukleáz funkció a már feleslegessé vált RNS lebontását végzi. A reverz transzkriptáz gátlószerei két csoportba oszthatók.
Az elsőbe tartoznak a különböző 2',3'-dideoxinukleozid analógok, mint az AZT (3'-deoxy-azido-timidin, zidovudine), DDC (zalcatabine), DDI (didanosine), D4T (stavudine), 3TC (lamivudine). Ezek 5'-foszforilálódás után az enzim szubsztrát kötőhelyével lépnek kapcsolatba, kompetitív inhibitor gyanánt, s beépülve a DNS-be terminátorként hatnak, vagyis a DNS nem épül tovább. Az AZT-t magát több mint 25 éve szintetizálták mint potenciális rákellenes szert, azonban hatástalannak bizonyult. Az emlős sejtek és a vírus transzkriptáz érzékenysége közti különbség mindössze 100-szoros, ez az oka a vegyület eléggé toxikus voltának.
A reverz transzkriptáz gátlók másik csoportja allosztérikus gátlószer, vagyis más kötőhelyen lép kapcsolatba az enzimmel s így inaktiválja azt. Ezek szerkezetileg eléggé eltérő, többnyire heterogyűrűs vegyületek, s nem egy igen aktív, szövettenyészetben akár több hónapig is elnyomja a vírus elszaporodását, ugyanilyen körülmények között az AZT csupán néhány napig képes erre a rezisztencia kialakulása miatt. Az alábbi ábrán több képveselőjük is látható, e pillanatban a nevirapine, delavirdine és efavirenz van elfogadva.
5) HIV proteáz inhibitorok. A HIV-proteáz enzim az aszparagin proteázok családjába tartozik, s C2-szimmetrikus homodimer szerkezetű, 99 aminosavból áll, az aktív centrumban -Asp-Thr-Gly- a katalitikus pont. Az enzim aktív centruma szintén szimmetrikus, ami eléggé egyedi sajátosság. A vírus külső burkához és az RNS-t borító kapszidjához szükséges fehérjék nem egy lépcsőben szintetizálódnak, először egy nagyobb protein képződik, majd ezt a HIV-proteáz hasítja fel a végleges komponensekre, amelyek szükségesek az érett, fertőzőképes vírus kialakulásához.
A proteáz gátló szerek kutatásába igen nagy energiát fektettek bele, mivel a nukleozid típusú gátlószerekkel ellentétben itt sokkal specifikusabb, a gazdaszervezetet nem érintő vírusellenes szer létrehozására nyílik lehetőség. Mivel az enzim pontos szerkezete ismert, a keresés során kihasználták a racionális tervezés adta lehetőségeket, vagyis a kristályosított enzim-szubsztrát komplex elemzése alapján molekulamodellezéssel készítettek újabb származékokat, amiknek ismét vizsgálták az enzimmel való kölcsönhatását s.í.t. A szimmetrikus kötőhely miatt főleg C2<-szimmetriájú peptidféleségeket vizsgáltak, azonban kiderült, hogy az aszimmetrikus illeszkedés is lehetséges. 3D-adatbázisok felhasználásával találtak rá a kromonszármazékokra. Az igazi peptidek problémája, hogy igen rossz a felszívódásuk, farmakokinetikájuk, ezért például a fenil csoportokat heterogyűrűkkel helyettesítik. A sok származék közül a legjobbak az ábrán is láthatók, ezek AZT rezisztens vírusok ellen is hatnak. Az Európában ill. az FDA által engedélyezett szerek e pillanatban (2001): saquinavir, ritonavir, nelfinavir, amprenavir, lopinavir és indinavir
Az A77003 és a HIV proteáz szimmetrikus komplexe alább látható. Amennyiben az MDL Chime pluginja installálva van, a képre kattintva részletesen, interaktívan is megvizsgálható a komplex szerkezete.
A HIV vírus leküzdésének egyik problémája a rezisztencia gyors kialakulása. Ennek oka, hogy a reverz transzkriptáz RNS → DNS átalakítása nem a legtökéletesebben működik, kb. minden tízezredik lépésre esik egy hiba, így igen nagyszámú mutáns vírus képződik, és ezért az életképesebb, egy adott szerre rezisztens származékok kialakulásának valószínűsége is nagy. Igy az AIDS kezelésében nagy jelentősége van a hosszantartó kombinációs terápiának, amikor a fenti szerekből akár 3-4-et is alkalmaznak egyszerre vagy megfelelő variációban.
További információk a neten:
Anti-HIV and AIDS therapeutics
AIDSmap
AIDS Treatment Data Network