互动科普

过去，对病毒性疾病来说，治疗药物除了鸡汤和一些疫苗外提供不出什么对策。伴随大量已上市和还在开发中的抗病毒药物，我们迎来了抗病毒时代。病毒基因组的研究正在促进这方面巨大的进步。

回溯20世纪80年代中期，那时科学家们初识引起艾滋病的无情新病毒，药架上尽管填充了能治疗细菌感染的药物，可是对病毒性疾病来说，治疗药物除了鸡汤和一些疫苗外提供不出什么对策。而今天的实际情况已大不相同。已有几十种抗病毒疗法，包括若干新疫苗可供使用，还有数百种其他方法正在研发中。如果说50年代是抗生素的黄金时代，那么我们现在正处于抗病毒黄金时代的早年。

丰富多彩的抗病毒方法从不同的渠道接踵而至。制药公司能够历数过去l5年中用以发现药物的复杂技术。与此同时，人们在拼命寻找能够抵抗引起艾滋病的HIV病毒的救命疗法，这种努力已经表明，某些创造性的方法不仅可以抵抗HIV，而且还能抵抗其他病毒。

一个鲜为人知但更为重要的学科领域——病毒基因组学——也悄然兴起。它破译病毒遗传“原文”中的“字母”——即核酸——的序列。选种序列包括所有病毒基因的字母，它们形成病毒蛋白质的蓝图；这些蛋白质又充当结构成分和病毒的功能部分，并控制它们的行为。掌握了全部甚至部分基因组序列，科学家们就能迅速了解病毒如何引起疾病、病程的哪个阶段可能特别易受攻击等详情。2001年，任何一种病毒的全部基因组在几天之内就能被排出序列，因此以空前速度确定病毒薄弱部位成为可能。

目前销售的绝大部分抗病毒药物都是以HIV、疱疹病毒(引起从单纯性疱疹直至大脑炎的一系列疾病)、乙型和丙型肝炎病毒(两者都会导致肝癌)为目标的。HIV和这些肝炎病毒肯定还要在一段时间内继续得到研究人员的关注。这些病毒病合起来每年在美国要累及25万人，在其他国家会波及数百万人。这里不可能描述已上市和正在研究中的所有这类抗病毒药物，但笔者希望这篇文章将会提供近几年来基因组学和其他复杂技术取得非凡进展的一些感性认识。

寻找药物的方法

最早的抗病毒药(主要为抗疱疹药)是在20世纪60年代推出的，而且出自传统的药物发现法。病毒的结构很简单，基本是由置于蛋白质胶囊有时是置于脂质包膜中的基因和一些酶(生物催化剂)组成的。由于这种设计要求病毒在细胞内复制，所以研究人员使细胞感染，让它们在培养基中生长，并把这些培养基暴露在当时认为能够抑制病毒活性的化学药品中。减少培养基中病毒数量的化学药品则被考虑作为深入的调查研究的方向。这种筛选研究并非没有目标，但并没给科学家提供多少其他值得进攻的病毒活性的线索，还妨碍了开发更有效或副作用小的药物的努力。

基因组学是发现进攻新目标的、研制全新一类抗病毒药物的跳板。20世纪80年代以来绝大多数病毒目标是在基因组学的帮助下选择的，甚至这个术语本身也是在20世纪80年代后期造出来的，而一些目前供应的抗病毒药在那之前就被研制出来了。

研究人员在破译一种特定病毒中的密码字母的序列后，就能利用计算机将这种序列与其他生物体(包括其他病毒)中已鉴定出来的序列作比较，从而了解该序列是如何被分割成基因的。酷似其他生物体中已知基因的密码字母链很可能也组成了病毒的基因，并产生有相同结构的蛋白质。确定了一个病毒的基因位置，科学家就能研究相应蛋白质的功能从而构成有美病毒在机体内获得立足点并繁衍生息的分子过程图像。

这种图像能够明显地显示出可使其丧失能力的蛋白质及其内部的区域。通常研究人员会倾向于把最大限度削弱病毒活性作为研究目标。他们还喜欢研究与人类毫无共同之处的蛋白质区域，以避免伤害正常细胞和引起难以忍受的副作用。他们还把在所有主要病毒种类中都基本相同的蛋白质区域作为目标，以使药物能够对付广泛的病毒变种。

研究人员确定一种病毒目标后，就可以利用各种各样的技术去寻找能扰乱它的药物。例如，药物设计人员可利用创立于20世纪70年代的标准的基因工程来制备药物开发中使用的目标蛋白质的纯拷贝。他们把相应的基因置人细菌或其他种类的细胞内，无限制地合成这种编码蛋白质的拷贝，这样产生的蛋白质分子就能提供快速筛选检验的基础，只有与它们结合的物质才受到深入的追踪。

另一方面研究人员可能分析一个蛋白质区域的三维结构，然后设计与该区域紧密结合的药物。例如，他们可能构造一种化合物，用来抑制对病毒繁殖极其重要的酶的活性位点。制药人员还能把老的筛选方法与较新的基于结构的方法结合起来。

先进的药物发现方法已经形成了这样一些概念：在病毒生命周期的所有阶段阻止它们。虽然各类病毒在复制的微小细节方面有所不同，但病毒复制的各阶段通常包括：进攻宿主细胞，将病毒基因释放到宿主细胞内，(借助于宿主细胞自身的蛋白质制造机理)复制该病毒所有的基因和蛋白质，这些成分结合成大量的病毒颗粒，病毒颗粒渗入其他细胞开始新一轮的循环。

攻击病毒最理想的时机是在感染的最初阶段，也就是在病毒传遍机体并引起症状以前。已经证实疫苗在这一阶段是有效的，因为它们能使人的免疫系统做好准备，一旦有特定的致病原或病原体进入机体，就能够有针对性地摧毁它。以前的疫苗是，让人体暴露在一种已经死亡或比较弱的感染原中——这种感染原不能自体拷贝出足够的病毒使人致病——来动员人的免疫系统。所谓的亚单位疫苗就是最常见的此类疫苗。它们只含有致病原的片段；单独的片段无法引起感染，但如果仔细筛选，则可引发保护性免疫反应。

一种早期的乙型肝炎亚单位疫苗是从被感染人的血浆(血液的液体成分)中分离出这种病毒，然后提纯所需的蛋白质制作的。现今的一种亚单位乙型肝炎疫苗是利用遗传工程制作的。科学家们利用一种特定的乙型肝炎蛋白质的基因来制造这种蛋白质的纯拷贝。基因组学正帮助研制包括登革热、生殖器疤疹和埃博拉病毒引起的出血热等其他重要的病毒性疾病的疫苗。

目前有几种防治HIV的疫苗正在接受调研。但HIV病毒的基因变异很快，容易产生许多病毒菌株。因此，抗某些特定病毒菌株的疫苗对其他病毒可能就无效。通过比较各种不同HIV菌株的基因组，研究人员能发现存在于大多数HIV中的相同序列，然后用那些序列制造纯病毒蛋白片段。对这些片段可以进行检测，测试它们能够引起抵抗在世界各地发现的病毒菌株的免疫保护能力。此外，疫苗还可针对某些特定地区的HIV变体而专门研制。

禁止入内

如果某种病毒没有疫苗或疫苗无效时，治疗便极为重要了。抗病毒疗法治愈了一些病人，但迄今为止它们中的大部分仅仅是有减轻病毒感染的严重程度的倾向或可以缩短感染的持续时间。有一组疗法是通过干扰病毒进入它钟情的细胞使病毒的活性受到限制。

“进入细胞”实际上包括了几个步骤：从与病毒结合开始到宿主细胞的某一停泊处，也就是受体，并以在细胞内“脱壳”结束；在脱壳期，蛋白质胶囊(衣壳)分解，释放出病毒基因。包膜病毒的进入还要多一个步骤——在脱壳前这些微生物必须将它们的包膜与细胞膜或着把它们拽入细胞内的囊泡嗅融合。

正在开发中的有些阻止进入的药物试图阻止HIV渗人细胞内。对HIV与其钟情的宿主(一种叫做辅助T细胞的白细胞)相互作用方式的严密检验表明，HIV随分子停靠在那些叫做CD4和CCR5的细胞上。尽管阻止CD4不能防止HIV进入细胞，但阻止CCR5或许能行。

已推出的四种抗流感药中的前两种药物——蝇覃素和盐酸金刚乙胺——可干扰进入过程的其他阶段。制药人员通过筛选能够干扰病毒复制的化学产品来寻找可能成为药物的化合物，但他们因此更明确地了解到，那些化合物可能通过阻止融合或阻止脱壳而发挥作用。通过基因组信息发现的融合抑制剂因其能够抗呼吸道合胞体病毒(早产新生婴儿的肺病病因)，乙型和丙型肝炎及HIV而受到关注。

不久后许多感冒就可能会被另一种称为pleconaril的进入阻止剂所控制，据报道这种pleconaril即将获得美国联邦政府的批准。基因组和结构比较已经证明，鼻病毒(引起大多数感冒)表面的一个小囊与大多数病毒变种都是相似的。pleconaril与这个囊结合，以这种形式阻止病毒脱壳。这种药似乎对引起腹泻、脑膜炎和脑炎的肠道病毒也有作用。

卡住病毒的复制

销售和研制中的大量抗病毒药物都是在脱壳后生效的，那时病毒基因组采取DNA或RNA形式，自由复制并指挥病毒蛋白质的生产。有些抑制基因组复制的制剂是核苷或核苷酸的同功异质体，它们类似基因的构件。复制病毒DNA或RNA的酶把这些同功异质体收编到新生链上。这些同功异质体能阻止酶再增加任何构件，从而有效地中止痛毒复制。

被证实既有效又相对无毒的最早的抗病毒药阿普洛韦是一种拔苷同功异质体，它是在筛选干扰疱疹单纯病毒的化合物的能力时被发现的。它是生殖器疱疹的主要处方药，但其化学相关物对抵抗其他疱疹病毒感染，诸如水痘带状疤疹病毒引起的带状疤疹和细胞巨化病毒导致的视网嗅炎症也有效。被批准用于抗HIV的第一个药物齐多夫定(AZT)也是一种核苷同功异质体。最初作为一种抗癌药开发的AZT被证实能干扰逆转录酶的活性，HIV利用逆转录酶将其RNA基因组复制到DNA中。如果这一复制步骤成功，其他HIV酶就会把DNA拼接到被其入侵的细胞染色体上，整合的DNA就会在细胞的染色体上指挥病毒复制。AZT能引起贫血等严重的副作用但对逆转录酶的研究，以及人们积累的有关酶基因序列的知识已使药物开发获得了低毒核苷同功异质体。其中已被获准用于乙型肝炎的是一种称为lamivudine的药物，就是利用逆转录酶把其DNA基因组的RNA拷贝转回到DNA。对HIV逆转录酶的大量研究还改善了一类与核苷不同的逆转录酶抑制剂的变体

基因组学发现了可能适台干扰HIV基因组复制的更多的目标。其中之一是RNase H，就是把刚生成的HIV的DNA与RNA分离的逆转录酶的一部分。另一个是整合酶的活性位点，整合酶负责把病毒DNA拼接到被感染细胞的染色体DNA上。目前正在对HIV感染志愿者进行一种整合酶抑制剂的试验。

阻止病毒蛋白质的产生

所有病毒必须在其生命周期的某一点把基因转录到信使RNA的移动链上，经宿主细胞“翻译”，或用作制造编码蛋白质的指南。有些正在开发的药物是通过阻止所谓转录因子的蛋白质附着在病毒的DNA上，以及阻止开启信使RNA的产生来干扰转录阶段的。

基因组学已经帮助鉴定出了许多这类制剂的目标，它还使反义分子这类新药成为可能。如果基因组研究证实，某种特殊的蛋白质是病毒需要的，那么研究人员就能通过蒙盖住相应的RNA模板的部分来阻止这种蛋白质的产生，RNA模板的蒙盖依靠的是与这种选定的RNA序列牢固结合的DNA碎片。一种称为fomivirsen的反义药品已被用来治疗艾滋病患者因细胞巨化病毒引起的眼部感染。针对其他病毒性疾病的反义制剂正处于开发之中，其中之一就是阻断HIV蛋白质Tat的产生，Tat是其他HIV基因转录所需要的。

制药人员还利用他们掌握的病毒基因组知识来鉴定病毒RNA上的位点，病毒RNA易被核糖酶——即酶促形式的RNA所切割。美国正在用一种核糖酶对丙型肝炎患者进行试验，而HIV的核糖酶也处于早期研制阶段。现在也有一些利用基因治疗的计划：把专门设计的基因引入细胞内，以便生产所需的核糖酶。其他形式的正在研究的HIV基因疗法包括可以产生在感染细胞内寻找目标的特定抗体，或者产生在那些细胞内抓住特定病毒基因序列的其他蛋白质。

有些病毒在细胞内制造一种必须拼接起来才能产生功能蛋白质的蛋白质链。HIV就是其中之一，由一种叫做蛋白酶的酶执行切割任务。当HIV基因组分析发现这一机理时，科学家们就开始考虑将这种酶作为一个药靶。借助于计算机辅助的结构基础研究，强效的蛋白酶抑制剂在20世纪90年代就已问世，更多的蛋白酶抑制剂亦在研制之中迄今为止所获得的蛋白酶抑制荆都会引起不适的副作用，如不寻常部位的脂肪堆积。尽管如此，当与其他HIV抗病毒药物联合使用时，它们仍延长了许多人的整体健康和生命。

遏制病毒的逃逸路径

即使病毒基因组和蛋白质在一个细胞内被繁殖，它们仍是无害的，除非它们形成了能从该细胞逸出并进入其他细胞的新的病毒颗粒。最新的流感病毒药zanamivir和oseltamivir就在这一阶段发挥作用。存在于两种主要流感病毒(甲型和乙型)表面的一种叫做唾液酸苷酶的分子，它在帮助病毒颗粒从生产它们的细胞逸出方面具有重要作用，这是人们早就知道的。基因组比较表明，唾液酸苷酶的活性位点与各类流感病毒相似，而结构研究使研究人员得以设计堵住这些位点的化合物。其他感冒药只对抵抗甲型感冒起作用。药物能以另一种方式——通过增强患者免疫反应——来防止病毒在细胞间传播。有些免疫反应是非特定的：药物能阻止各种凡侵者在人体内传播，而不是仅针对某一特定的致病目标。称为干扰素的分子参与这种类型的免疫，在受感染的细胞中抑制蛋白质合成或防止其它形式的病毒复制出于这一原因，人类干扰素的一种——干扰素一直是乙型肝炎和丙型肝炎治疗的主要药物(对丙型肝炎来说，它和一种较老的药物利巴韦林ribavirin共同使用)。其他干扰素也在研究之中。

具体的免疫反应包括标准抗体的产生，这种抗体识别病毒入侵者表面上的一种蛋白质的片段，与这种蛋白质结合并为免疫系统其他部分标识应摧毁的病毒。一旦研究人员掌握了为某种病毒表面蛋白质编码的基因序列，他们就能生产出针对选定蛋白质区域的纯抗体，或“单克隆”抗体。一种正在销售的单克隆抗体可以预防高危婴儿被呼吸道台胞体病毒感染，另一种单克隆抗体正在对乙型肝炎病人进行试验。

病毒和人类基因组的比较促使研究人员提出了另一种抗病毒策略研究表明，许多病毒会产生与参与免疫反应的分子相似的蛋白质。此外，某些病毒相似物会减弱免疫系统的攻击能力，从而帮助病毒逃脱被摧毁的厄运。如果对付病毒的药物能截住这类帮助病毒逃逸的蛋白质，那就可以保护整个免疫反应，并加速生物体从各种病毒性疾病中康复。目前寻找这种药物的工作也在进行之中。

抗性恶魔

抗病毒药物的发现速度是令人吃惊的，但同时，药品生产商不得不面对一个艰难的现实问题：病毒很可能对许多药物产生抗性，即对药物不敏感。如果长期服用化学药品，比如像HIV和少数乙型肝炎、丙型肝炎这类慢性病，或者长期服用药物就很可能产生抗药性。实际上，目前药库中的每一种HIV药都有一些病毒对其有抗性，而且往往对补充的药物也有抗性。抗性来自病毒迅速变异的倾向，尤其是RNA病毒，最甚者为HIV病毒。如果出现一种突变使得某一类病毒克服某一种复制障碍(如一种药物)，这种病毒就会在这种障碍的环境中繁衍再生。

为了解决抗性问题，在发现有效的疫苗前，制药公司就得开发更多的药物。当抗某种特殊药物的变体出现时，读取它们的基因原体能够明确突变位于该病毒基因组的位点，并揭示该突变可能如何改变受影响的病毒蛋白与该药物之间的相互作用。掌握了这些信息，研究人员就可进行结构使得基础研究或其他研究，使得无论突变是否发生始终能保持药物的有效性。

药品开发商也在根据药物抗病毒株的能力来选择新型药物，研发人员也在分析这些病毒株对其他药物的抗药性。例如，最近杜邦制药公司选择了一种新的HIV非核苷逆转录抑制剂——DPC083，恰恰就是因为其克服病毒对这种抑制剂抗性的能力而开发的。该公司的研究人员首先检查了赋予抗性的逆转录基因上的突变。紧接着他们就构建计算机模型，寻找无论是否发生突变都可能抑制逆转录酶的药物设计。然后利用基因工程制造产生突变酶的病毒，并选择最能限制那些病毒复制的化合物。这种药目前正在感染HIV的患者中进行试验，评估其治疗能力。

要实现所有的重症病毒感染都能用疫苗预防或用一些有效的药物治疗还有待时日。但目前人类基因组的排序工作已初步大功告成，药物科研人员将会找出大量的、以前未曾发现的能够促进抗病毒抗体生产的蛋白质，或者是那些能够激励免疫系统其他部分抵抗病毒的蛋白质。这些发现转变成更多的抗病毒药物是大家的共同心愿。对人类基因组病毒基因组和其他先进药物发现方法等知识的积累，肯定会在未来10-20年内为人们提供大量的抗病毒药物。

概述／抗病毒药物

■破译人类以及各种病毒的基因序列或基因组已使科学家能为艾滋病、肝炎和流感等疾病设计药物、

■译解一个病毒的基因序列后，研究人员就能用计算机把它的序列与其他病毒的序列作比较，这一过程通常可称为基因组学。这种比较使制药人员得以确定其编码分子可作为靶点的新病毒的基因。

■病毒的生命周期复杂，但都有弱点，几乎每个阶段都容易受到药物的攻击。

【李燕燕／译 兰崇远／校】