Ингибиторы неструктурного белка 5B ( NS5B ) представляют собой класс противовирусных препаратов прямого действия, широко используемых при лечении хронического гепатита C. [ 1] В зависимости от места действия и химического состава ингибиторы NS5B можно разделить на три класса — нуклеозидные ингибиторы активного центра (NI), ненуклеозидные аллостерические ингибиторы и аналоги пирофосфата . [2] Впоследствии все три класса затем подклассифицируются. [3] Все они ингибируют синтез РНК NS5B, но на разных стадиях/сайтах, что приводит к невозможности репликации вирусной РНК . [2] Экспрессия ингибиторов NS5B прямого действия не происходит в клетках, которые не инфицированы вирусом гепатита C, что, по-видимому, полезно для этого класса препаратов. [3]
Низкая эффективность, серьезные побочные эффекты, развитие резистентности ранее доступных методов лечения гепатита С были самыми большими проблемами до разработки противовирусных препаратов прямого действия и оставались проблемой в начале их разработки. Поэтому комбинированные противовирусные терапии прямого действия были предпочтительны. [4] [5] Исследования показали, что специфические агенты против вируса гепатита С, такие как ингибиторы NS5B, приводят к повышению эффективности и переносимости. [5]
Гепатит С является одним из наиболее значимых заболеваний, поражающих людей, но, несмотря на его глобальное влияние, не существует вакцин или эффективных методов лечения без серьезных побочных эффектов. Неструктурный белок вируса гепатита С 5B ( NS5B ) стал целью выбора для разработки препаратов против вируса гепатита С, поскольку он не экспрессируется в клетках, которые не инфицированы вирусом гепатита С. [6] Лечение пациентов с хроническим гепатитом С, которое использовалось до разработки противовирусных препаратов прямого действия, представляло собой рибавирин плюс пегилированный интерферон альфа-2а . Во многих случаях это лечение было неудовлетворительным как из-за отсутствия эффективности, так и из-за побочных эффектов. [3]
Софосбувир , высокоэффективный ингибитор полимеразы NS5B, активен во всех генотипах вируса гепатита С. Он обладает высокой эффективностью в сочетании с несколькими другими препаратами, такими как ледипасвир , как с пегинтерфероном-альфа , так и без него . Он имеет много преимуществ благодаря своей переносимости, высокой эффективности, высокому барьеру резистентности, низким побочным эффектам и пероральному приему. [7] Еще одним преимуществом софосбувира является низкая скорость взаимодействия с другими препаратами, поскольку его метаболизм не проходит через путь CYP3A4 . [8] Однако его стоимость может стать проблемой, поскольку все новые противовирусные препараты прямого действия могут быть очень дорогими. [ необходима цитата ]
Сравнивая вирусологический ответ ингибиторов NS5B на предыдущую терапию хронического гепатита С с комбинацией интерферона и рибавирина , можно было наблюдать значительную разницу в эффективности и безопасности. Уровень эффективности интерферона плюс рибавирин варьировался в пределах 44–46%, в то время как он увеличивается до 90% за счет противовирусных препаратов прямого действия, таких как ингибиторы NS5B/ [7] [9] Данные о частоте побочных эффектов могут различаться между исследованиями для обеих категорий препаратов. Тем не менее, существует значительная разница между профилями безопасности ингибиторов NS5B, в частности софосбувира и комбинации интерферона и рибавирина. [7] [8] Сравнивая терапии, содержащие интерферон, софосбувир не вызывает нейтропении, тромбоцитопении или каких-либо других серьезных побочных эффектов. Распространенными побочными эффектами, связанными с софосбувиром, являются головная боль, усталость, бессонница, головокружение, зуд, инфекции верхних дыхательных путей, сыпь, боль в спине, анемия и лимфопения. [7] С появлением противовирусных препаратов прямого действия продолжительность лечения гепатита также значительно сократилась. Тяжесть побочных эффектов тесно связана с продолжительностью терапии и дозой, используемой для лечения гепатита С. Поэтому противовирусные препараты прямого действия стали первоначальным лечением, используемым для большинства пациентов с хроническим гепатитом С. [ необходима цитата ]
Вирус гепатита С принадлежит к семейству Flaviviridae и роду hepavirus. Это небольшой оболочечный вирус с одноцепочечной РНК и положительной полярностью. Липидный бислой, содержащий два вирусных гликопротеина, E1 и E2, образует оболочку и вирион. [10]
Вирус гепатита С передается через контакт с инфицированной кровью или жидкостями организма, и наиболее распространенным путем является инъекция инфицированными иглами. [11] В начале жизненного цикла вируса гепатита С вирионы связываются со специфическими рецепторами на гепатоцитах. Вирус интернализуется, и нуклеокапсид высвобождается в цитоплазму гепатоцита после связывания с рецептором. Белок NS5B, который является РНК-зависимой РНК-полимеразой , катализирует репликацию вируса гепатита С. [10]
Вирус гепатита С может вызывать острую инфекцию, но у большинства пациентов симптомы отсутствуют при заражении. Примерно у трети пациентов развиваются такие симптомы, как усталость, артралгия и желтуха. Около 15–45% пациентов с диагнозом острой инфекции могут избавиться от вируса без лечения. [11] После острой инфекции у большинства инфицированных пациентов разовьется хроническая инфекция, которая увеличивает риск развития в дальнейшем опасных для жизни состояний, таких как цирроз печени и гепатоцеллюлярная карцинома. [10]
В 2015 году около 71 миллиона человек во всем мире жили с хроническим гепатитом С, и в том же году было зарегистрировано 1,75 миллиона новых случаев заражения вирусом гепатита С. С помощью высокоэффективных противовирусных препаратов прямого действия гепатит С можно вылечить в течение 2–3 месяцев. [12]
NS5B — это вирусный белок, который можно обнаружить в вирусе гепатита С, и который является важным ферментом в процессе репликации. [13] Белок является РНК-зависимой РНК-полимеразой, что означает, что он использует одноцепочечную РНК ( ssRNA ) в качестве матрицы для образования двухцепочечной РНК ( dsRNA ). [14] Он содержит 591 аминокислоту, причем последние 21 аминокислота на С-конце функционируют как якорь клеточной мембраны, который является гидрофобным по своей природе. Поэтому NS5B классифицируется как мембранный белок, называемый «белком, закрепленным на хвосте». [6]
Структура NS5B похожа на другие вирусные полинуклеотидные полимеразы и состоит из трех субдоменов. Структура напоминает правую руку с доменом ладони, который действует как основание для активного центра, доменом пальца и доменом большого пальца. Домены большого пальца и пальца окружают активный центр фермента. [6]
Домен пальца имеет две петли, называемые Λ1 и Λ2, которые достигают и взаимодействуют с верхней частью домена большого пальца, чтобы заключить в себе активный сайт. Эти две петли способствуют тому, что NS5B сохраняет свою закрытую конформацию, которая необходима для связывания нуклеиновой кислоты и для судорожного движения фермента через процесс удлинения матрицы РНК. NS5B также имеет аллостерические сайты в дополнение к активному сайту. Palm I, домен, близкий к активному сайту, palm II, частично перекрывающий palm I и направленный к активному сайту, thumb I, домен большого пальца около кончиков пальцев и thumb II, внешняя поверхность домена большого пальца. [6]
Существует три известных класса ингибиторов NS5B: ингибиторы ненуклеозидных аналогов, ингибиторы нуклеозидных/нуклеотидных аналогов и аналоги пирофосфата. [2] Классы различаются по своей структуре и месту связывания с белком NS5B: в аллостерических сайтах связывания, активном сайте фермента или сайте связывания пирофосфата, соответственно. [13]
Нуклеозидные ингибиторы-аналоги прекращают синтез РНК, необходимый для репликации РНК. Они делают это, встраиваясь в РНК-зависимую РНК-полимеразу, которая предотвращает добавление входящих нуклеотидов в цепь РНК. Было высказано предположение, что стерическое препятствие со стороны нуклеозидных ингибиторов, которые содержат 3'-гидроксильную группу, является причиной прекращения цепи. Из-за этого механизма нуклеозидные ингибиторы иногда называют ингибиторами, завершающими цепь. Нуклеозидные ингибиторы вируса гепатита С разрабатываются как пролекарства и в конечном итоге расщепляются в месте своего действия в печени печеночными ферментами и проходят фосфорилирование в трифосфатную форму, чтобы стать активными для нацеливания полимеразы на ее высококонсервативный активный участок. [15]
Ненуклеозидные ингибиторы-аналоги представляют собой разнообразный класс ингибиторов NS5B. Их можно разделить на три категории в зависимости от их сайтов связывания: ингибиторы активного сайта, ингибиторы аллостерического сайта и ингибиторы смешанного сайта. Ингибиторы смешанного сайта — это те ингибиторы, у которых еще нет определенного сайта связывания. [3] По состоянию на 2015 год для ненуклеозидных ингибиторов-аналогов вируса гепатита С было обнаружено пять различных аллостерических сайтов связывания. Два из них расположены в домене большого пальца полимеразы, а три других — в домене ладони. Ненуклеозидные ингибиторы-аналоги ингибируют активность полимеразы разными способами, которые зависят от аллостерического сайта, с которым связывается ингибитор. [15] [16] В отличие от нуклеозидных ингибиторов, ненуклеозидные ингибиторы-аналоги не конкурируют с нуклеотидами или шаблоном РНК. Вместо этого, связываясь с РНК-зависимой РНК-полимеразой, они подавляют активность полимеразы, ингибируя конформационные изменения, необходимые для активности NS5B. [8] [15] [17]
Пирофосфатные ингибиторы-аналоги имитируют неорганический пирофосфат . Во время реакции переноса нуклеотидов, ферментативной реакции, лежащей в основе синтеза ДНК, высвобождается пирофосфат, который связывается с определенными сайтами связывания на полимеразе NS5B. Этот сайт связывания также является сайтом связывания для β- и 𝛾-фосфата нуклеотидтрифосфатов, которые добавляются к цепи РНК в ходе текущей репликации РНК. [18]
Пирофосфаты являются необходимым компонентом включения нуклеотидов в репликацию РНК. Ингибиторы пирофосфата связываются с активным сайтом полимеразы, конкурируя как с нуклеотидами, так и с пирофосфатом, что приводит к нуклеофильной атаке на терминальную фосфодиэфирную связь вновь высвобожденного пирофосфата и тем самым останавливает репликацию РНК . [ 19] [20]
Кристаллическая структура NS5B была впервые описана в литературе тремя различными исследовательскими группами в 1999 году. [3] После этого РНК-зависимая РНК-полимераза NS5B рассматривалась как цель для разработки методов лечения гепатита С. С помощью кристаллизованных рентгеновских структур, высокопроизводительного скрининга , ферментных и клеточных анализов репликонов и животных моделей для скрининга было обнаружено много потенциальных кандидатов на лекарственные препараты, но лишь немногие из них были одобрены. [21]
Многие структурно различные соединения ингибируют полимеразу NS5B в различных местах связывания, но относительно немногие кандидаты соответствуют требованиям селективности, приемлемого pK и профилей токсичности. Противовирусные препараты прямого действия стали важным достижением в лечении хронического гепатита C. В декабре 2013 года софосбувир был одобрен FDA , а в октябре 2014 года ледипасвир и софосбувир были одобрены в комбинированной таблетке. Прогресс в разработке противовирусных препаратов прямого действия был очень быстрым, и в клинических испытаниях находится несколько агентов против вируса гепатита C. [22] [23]
Нуклеозидные ингибиторы вируса гепатита С NS5B подразделяются на три основных класса: пуриновые нуклеозиды, ингибиторы, ингибиторы пиримидиновых нуклеозидов и ингибиторы прочих нуклеозидов. Софосбувир является аналогом пиримидинового нуклеозида и пролекарством фосфорамидита. [7]
Изомерная форма аминокислоты имеет значение, поскольку производное D -аланина неактивно, что означает, что для активности требуется натуральная L -аминокислота. При наблюдении за боковой цепью аминокислоты (R 1 ) небольшая алкильная группа является жизнеспособной заменой, но эффективность значительно снижается, если замена больше этильной. Метил имеет наибольшую эффективность и, следовательно, является жизнеспособной заменой. [ необходима цитата ]
Когда аминокислота - аланин, а фосфатный эфир - фенильный заместитель, группы в эфире карбоновой кислоты (R 2 ), которые обеспечивают желаемую субмикромолярную активность, представляют собой небольшие алкильные группы и разветвленные алкильные группы, например, метил, этил, изопропил, н-бутил и 2-бутил. Но цитотоксичность наблюдается с н-бутиловыми, 2-бутиловыми и н-пентиловыми эфирами. Фенильные и галогенированные алкильные группы не обеспечивают достаточного усиления активности. [ необходима цитата ]
При оценке заместителя фосфорамидатного эфира (R 3 ) 1-нафтиловый эфир имеет наибольшую эффективность, но он также цитотоксичен, поэтому он не является жизнеспособным заместителем. Моно- и дигалогенированные фенольные эфиры также имеют хорошую эффективность, но они также цитотоксичны. Производное с фенолом в качестве заместителя имеет хорошую эффективность и не является цитотоксичным. Производные циклогексилового эфира вносят наибольшие различия в соотношение структура-активность, поскольку они показывают до 10-кратное улучшение эффективности. [24]
Сложный | Р 1 | Р 2 | Р 3 | ЕС 90 | Ингибирование клеточной рРНК Репликация при 50 мкМ (%) |
---|---|---|---|---|---|
1 | Метил | Метил | Фенил | 1.62 | 0.0 |
2 | Метил | Изопропиловый | Фенил | 0,52 | 25.9 |
3 | Метил | c-Гексил | Фенил | 0,25 | 61.1 |
4 | Метил | Этил | 4-Ф-фенил | 0,76 | 55.3 |
5 | Метил | Изопропиловый | 4-Ф-фенил | 0,77 | 0.0 |
6 | Метил | Изопропиловый | 4-Cl-фенил | 0,42 | 0.0 |
7 | Метил | c-Гексил | 4-Ф-фенил | 0,04 | 52.1 |
На основе различных характеристик сайта связывания ненуклеозидные ингибиторы вируса гепатита С NS5B классифицируются на три различные категории: ингибиторы активного сайта, ингибиторы аллостерического сайта и прочие ненуклеозидные ингибиторы. Для прочих ненуклеозидных аналоговых ингибиторов сайт связывания либо не определен, либо находится в стадии дальнейшего изучения. [3]
Аллостерические ингибиторы сайта представляют собой большую группу в категории ненуклеозидов, в которой известно не менее 10 различных аналогов. Одним из таких аллостерических ингибиторов является N-бензоилпирролидин. [ необходима цитата ]
В 2005 году GlaxoSmithKline идентифицировала N-бензоилпирролидин как ингибитор NS5B с помощью высокопроизводительного скрининга. Аналог изобутила (таблица 2) показал IC50=0,7 мкМ субмикромолярную активность против NS5B. В ходе разработки 5-фенил был заменен различными гетероциклами, чтобы попытаться оптимизировать ингибирование, соединениями (2-4). Группа 2-пиридила (4) хорошо переносилась на пирролидиновом каркасе, тогда как замена на 2-тиенил привела к соединению (5) с IC50=0,3 мкМ. Чтобы получить высокую степень энантиоспецифичности для реакции фермент-ингибитор, было определено, что (+) энантиомер (5) более эффективен, чем его (–) аналог. Все эти соединения связываются с областью пальмы полимеразы NS5B в аллостерическом кармане. Дальнейшие разработки были сделаны Burton G в 2007 году для оптимизации ацилпирролидинового каркаса для достижения активности репликона. Замена тиофена на тиазол в N-ацилпирролидиновом каркасе дала аналог (6) для достижения большой ферментативной активности, IC50 = 40 нМ. [25] Тем не менее, эта серия соединений имела низкую клеточную проницаемость. Самым мощным аналогом во время оптимизации клеточной активности этой серии был (7) с IC50 = 5 нМ и EC50 = 0,61 мкМ. [26] Проблема с этим соединением (7) заключалась в плохой пероральной биодоступности и плохом всасывании. Для достижения лучшего фармакокинетического профиля изменения структуры привели к соединению (8) с EC50 0,39 мкМ и пероральной биодоступностью около 50%. Затем это соединение было выбрано в качестве кандидата на лекарственное средство для дальнейшей разработки в качестве комбинированной терапии с пегинтерфероном альфа-2а . [3]
Сложный | Р 1 | Р 2 | Р 3 | Р 4 | NS5B IC 50 (мкМ) |
---|---|---|---|---|---|
1 | – | – | – | – | 0,7 |
2 | КООН | 2-тиазолил | CF3 | ЧАС | 0,4 |
3 | КООН | 2-фуранил | CF3 | ЧАС | 0.8 |
4 | КООН | 2-пиридил | CF3 | ЧАС | 0,7 |
5 | КООН | 2-тиенил | CF3 | ЧАС | 0.3 |
6 | КОНХСО 2 СН 3 | 2-тиазолил | т-Бу | ЧАС | 0,04 |
7 | КОНХ 2 | 2-тиазолил | т-Бу | ОСН 3 | 0,005 |
8 | СН 2 ОСН 3 | 2-тиазолил | т-Бу | ОСН 3 | 0,44 |
Динамичная эволюция открытия лекарств началась в начале 1960-х годов после того, как были обнаружены типы гепатита А и В. Многочисленные лекарства были протестированы в надежде на положительные результаты. Интерферон был одним из первых, кто продемонстрировал эффективность. Впоследствии были идентифицированы три различных варианта интерферона альфа, бета и гамма. [27]
1986 – Гепатит не-А, не-В был идентифицирован как гепатит С, что послужило толчком для дальнейших исследований в области разработки лекарственных препаратов. [ необходима цитата ]
1990-е годы – Установлены доза и длительность лечения интерфероном. Примерно в то же время к терапии интерфероном был добавлен рибавирин, что позволило превзойти устойчивый вирусологический ответ в 50%. [27] [28]
2001 – Одобрен пегилированный интерферон. Пегилирование интерферона увеличило его период полураспада, в то же время, что привело к увеличению устойчивого вирусологического ответа и снижению частоты инъекций. [27]
Из-за относительно низкой эффективности и переносимости интерферона и рибавирина были проведены интенсивные исследования по разработке противовирусных препаратов прямого действия. Экспрессия противовирусных препаратов прямого действия не происходит в неинфицированных клетках, поэтому повышается их переносимость и эффективность в большинстве генотипов гепатита С, до 90%. [ необходима цитата ]
2011 – Одобрен первый противовирусный препарат прямого действия или ингибитор NS3/4A (протеазы ) боцепревир. После этого были одобрены другие ингибиторы этого класса телапревир, симепревир, асунапревир, паритапревир и гразопревир. [28]
2013 – Одобрен первый ингибитор полимеразы NS5B софосбувир. Дасабувир был одобрен в 2014 году. [28]
2014 – Одобрен первый ингибитор NS5A ледипасвир. Впоследствии были одобрены еще четыре ингибитора NS5A этого класса — даклатасвир, омбитасвир, элбасвир и велпатасвир. [28]
Все противовирусные препараты прямого действия используются в составе комбинированной терапии, что приводит к лучшим результатам, чем при использовании отдельных препаратов при лечении хронического гепатита С. [28]
{{cite journal}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)