核苷酸和基于核苷的类似药物被广泛用于治疗急性和慢性病*感染。这些药物通过一种或多种不同的机制抑制病*复制。通过在每个复制周期中减少病*容量来修改病*的遗传结构。它们的临床成功显示了对几种病*的强大有效性，包括埃博拉病*、丙型肝炎病*、艾滋病*、中东呼吸综合征、SARS-Cov病*（图1），以及最近出现的SARS-Cov2病*。下文将介绍七种不同类型的抑制剂，它们对RNA病*显示出广谱活性。
图1常见病*及其大小
结构类型为核苷酸和核苷类似物的抑制剂都可用于抗病*产品和治疗药物中，以抑制病*在受感染细胞中的复制。如图2，核苷酸类抑制剂由磷酸基、糖和含有一到三个磷酸的核酸类似物组成，核苷类抑制剂由糖和核酸类似物组成。核苷酸类似物在体外和体内对各种逆转录病*和DNA病*都有抑制作用。基于结构，核苷酸类似物阻止了磷酸化的第一步，而磷酸化是激活核苷类似物所必需的，包括拉米夫定、腺苷、司他夫定、阿巴卡韦和齐多夫定。核苷类似物通常用于治疗单纯疱疹病*（HSV），人类免疫缺陷病*（HIV），巨细胞病*（CMV）感染，水痘-带状疱疹（VZV），乙肝和丙肝病*。核苷类似物类似于终止新生DNA链的天然核苷酸。首先，这些药物是安全且耐受的，被病*使用，而不是被人体聚合酶用于DNA复制。核苷类似物是几种抗癌和抗菌药物的基本制剂。核苷酸和核苷类似物是抑制聚合酶的重要抗病*药物，具有临床疗效。它们目前被用于治疗单纯疱疹、乙型肝炎和HIV-1感染，在鸡尾酒疗法中也非常重要。它能抑制HCV活化形式的依赖RNA的RNA聚合酶NS5B。对冠状病*、丙型肝炎病*复制、病*抑制剂活性和分子结构的分析表明，三磷酸Sofosbuvir是一种有效的SARS-CoV-2RdRp抑制剂。此前有研究表明，Sofosbuvir、瑞德西韦、利巴韦林、替诺福韦和Galidesivir对SARS-CoV-2RdRp具有抑制活性。瑞德西韦是在糖上发生1’-氰基修饰的磷酰胺前药。瑞德西韦以前药形式进入细胞后，通过三步转化为三磷酸代谢物NTP，NTP和天然ATP竞争结合病*RdRp，插入RNA合成链中，引起病*RNA合成终止，并抑制RdRp酶活性。FDA已宣布瑞德西韦可在紧急情况下用于治疗COVID-19。从各种代谢途径获得的知识表明，未来设计核苷酸前药将更具包容性。它可以是现有药物的组合，也可以是组织靶向药物与一种或多种前药对抗几种病*感染。在过去的15年里，核苷酸/核苷类药物的发现是一种了不起的科学方法。
图2核苷和核苷酸的区别（图来源于网络）
核苷酸和核苷类似物抑制剂（NIS）
近年来，NIs已被用于治疗急性和慢性病*感染。它们作为核苷或核苷酸前体药物，由病*或宿主激酶在细胞内代谢产生活性三磷酸。NIs抑制剂通过一种或多种独立的排他机制抑制病*复制。病*基因组复制过程中外源核苷酸的不恰当结合会导致链的终止和转录或复制的中断。链终止的机制是自发的或在DNA或RNA连续合成后的有限范围内发生。NIs通过这些机制修改病*的遗传结构，在所有连续的复制周期中导致病*容量下降。
瑞德西韦
如图3，瑞德西韦（GS-）是一种核苷酸类似物，能够抑制RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp），RdRp是病*复制的重要蛋白。该药物最初主要用于治疗马尔堡感染和埃博拉病*，但尚未显示出任何临床疗效。目前，已证实其对包括中东呼吸综合征和SARS冠状病*在内的单链RNA病*具有抗病*活性。临床前研究的最新结果表明瑞德西韦相关药物能更有效地对抗COVID-19疾病。该病例报告表明，美国一名临床健康状况恶化的冠状病*患者曾使用瑞德西韦治疗。他的病情在治疗两天后明显好转。他不再需要补充氧气，只有一些症状，如喉咙痛、干咳和轻微的鼻漏。据报道，还有一例患者使用瑞德西韦康复。动物实验表明，瑞德西韦可有效降低MERSCoV-感染小鼠肺组织中的病*载量，改善肺功能，减少肺组织的病理损伤。瑞德西韦在体内抗COVID-19疾病的意义在于在低微分子浓度（EC50=0.77μM）时预防感染；CC50=μM；SI=.87。
图,3瑞德西韦的结构
分子模型研究了SARS-CoV-2RdRp与瑞德西韦之间的结合机制。瑞德西韦的相对自由结合能计算为-8.28±0.65kcal/mol，聚合所需的天然ATP底物的相对自由结合能计算为-4.14±0.89kcal/mol。结果表明瑞德西韦可优先结合并作为SARS-CoV-2RNA的链终止子。在SARS-CoV-2的结合位点引入后，可以通过替换“局部配体”ATP有效抑制RNA增殖。分子对接结果显示Remdesivir的可能靶点为Echannel(mfScore=-.1)、RdRp(mfScores=-.8)、Nsp3b(score=-36.5)、TMPRSS2(score=-36.23,mfScores=.4)。在RdRp的情况下，生成的对接模型允许瑞德西韦通过RNA结合通道与SARS-CoV-2RdRp结合。瑞德西韦（1-氰基）的双重作用是抑制核苷酸的校对和添加，单一的通过加入核苷酸不足以来抑制RNA合成。瑞德西韦通过Asn和1-氰基之间的位阻碰撞来抑制裂解，以进行校对。它的结合囊（1-氰基）位于RNA模板通道的下方，是核苷酸受体模板的一个重要位点。这种具有口袋状结构的化合物与Asp、Arg和Asn形成了三个氢键。此外，与tyr、Ala和Leu的疏水相互作用指示了瑞德西韦的额外作用。在非人类灵长类动物中，静脉注射10mg/kg时，半衰期（血浆）为0.39小时。核苷三磷酸代谢物在非人类灵长类动物和人类中的半衰期是14小时和20小时。
索非布韦
如图4，Sofosbuvir（GS-或SOF）主要由Pharmasset有限公司于年推出。该公司的目标是寻找新的抗病*药物，后来在年被吉利德收购。Sofosbuvir是一种核苷酸类似物，已被批准主要用于治疗丙型肝炎病*感染。其主要作用是抑制HCV的NS5BRNA依赖性RNA聚合酶，并在病*的链终止和复制中发挥作用。细胞酶将宿主细胞（肝细胞）内的sofosbuvir磷酸化转化为核苷三磷酸的活性形式。在HCV亚基因组复制子1μM的检测中显示了显著的疗效。在体内给药时，在大鼠、猴子和犬的肝脏中产生了高水平的三磷酸和原代肝细胞，抑制了HCVRNA依赖的RNA聚合酶NS5B。活性药物（2-，Me-UTP）与活性RdRp位点结合。它进一步结合RNA，由于甲基和氟在2号位上的修饰，抑制RNA链的延伸，从而阻止RNA复制和病*生长。YFVRNA聚合酶分析显示，sofosbuvir三磷酸结合发生在手掌和手指区域之间，与Lys、Trp、Ser和Gly残基的形成氢键，并与Lys和两个Mg2+离子形成盐桥相互作用。理论上，经实验观察证实，口服一剂或多剂后，体循环吸收至少80%，中位Tmax为1h。SOF在肝脏中代谢产生GS-；下一阶段去磷酸化后释放主要循环代谢物GS-337-SOF，在健康和HCV患者中占全身药物暴露（90%）。口服给药后，在给药后0.5~2h内测定SOF剂量的最大浓度。然而，注射的剂量，GS-337Cmax，发生在SOF给药后2-4小时内。
sofosbuvir的血浆蛋白结合率为61~65%，但在人血浆中较低（GS-337）。SOF代谢的主要途径是水解酶降解GS-337，而在I期试验中，SOF被快速去除，平均半衰期为0.48至0.75h。然而，GS-337代谢产物具有长的Tmax（范围：1.5~8h;中位数：4小时）和较长的半衰期（范围：7.27至11.80小时）。
图4SofosbuvirCOVID-19RdRp的氢键和疏水相互作用
利巴韦林
年，惠特科夫斯基和同事发现了利巴韦林（图,5），其对几种DNA和RNA病*具有广泛的活性。它最初是作为单一疗法合成的，用于治疗病*感染或与呼吸道合胞病*作为联合疗法（HCV）。早期由于缺乏HCV复制动物模型、可用性和高效的HCV培养系统，利巴韦林抗病*HCV活性的分子基础很脆弱。利巴韦林作为单一药物的抗病*潜力是通过四种方式确定的：(1)直接抑制丙型肝炎病*的复制；(2)抑制宿主酶肌苷单磷酸脱氢酶(IMPDH)；(3)诱导突变导致病*复制的加速；(4)免疫调节诱导免疫应答（Th1）。协同作用中哪一种机制最为突出并不明显。由于腺苷激酶的存在，利巴韦林在细胞内发生转化为利巴韦林单磷酸（RMP），RMP进一步转化为二磷酸激酶和核苷单磷酸二磷酸化和三磷酸化等不同形式。大多数情况下，在每种类型的细胞中，三磷酸利巴韦林（RTP）的形成占主导地位，其覆盖浓度是RMP的20倍。RTP与RNA聚合酶的核苷酸结合位点结合，从而中断核苷酸的正常结合，导致病*复制减少或形成缺陷病*粒子。利巴韦林对RSV具有良好的抗病*活性，CC50=24.0μM和IC50=20.9μM。它可以阻断依赖RNA的RNA聚合酶活性。在之前的研究中，75名SARS患者接受了利巴韦林静脉注射治疗每8小时服用8mg/kg，持续14天，其他剂量视患者情况而定。观察到46例患者病情改善，其中11例病情稳定，18例健康恶化，5例死亡。分子对接显示，利巴韦林与SARS-CoV-2的RdRp结合能量为7.8千卡/摩尔，这可以阻止聚合酶的功能。观察到的单次对接作用是与SARS-CoV-2（RdRp）的N、Y、D、W、K、W、A、D和C形成13根氢键。因此，它被认为是一种很有潜力的抗新冠病*药物候选药物。利巴韦林在ebv转化的淋巴细胞、培养的皮肤成纤维细胞和完整的人红细胞中的代谢已被研究过。在35PM，细胞外浓度利巴韦林，所有类型的细胞合成利巴韦林单磷酸，二磷酸和三磷酸。
图5利巴韦林的结构
Galidesivir
Galidesivir（图6）由BiocrystalPharmaceuticals公司开发。它是腺苷的核苷类似物，主要用于对抗丝状病*。它通过non-obligateRNA链终止阻断RNA依赖的RNA聚合酶活性来抑制病*RNA的合成。母体化合物Galidesivir主要通过RdRP转化为Galidesivir-三磷酸与新RNA病*结合，通过3-羟基导致早期转录终止，从而导致核苷酸的额外积累。它们对病*RDRP的直接作用使Galidesivir对各种病*显示出广泛的抗病*活性。分子对接研究显示，该药物与SARS-CoV-2的RDRP紧密结合（结合能=-7.0kcal/mol），抑制聚合酶功能。它被认为是一种有效的抗covid-19可能药物。在与来自各种动物物种的S9肝脏组分孵育后，其代谢稳定（消除半衰期(t1/2)54分钟）。Galidesivir在荷兰猪、大鼠、食蟹猕猴、小鼠体内的药代动力学特征是快速血浆消除（半衰期=5分钟）。同样，活性形式Galidesivir-TP在大鼠肝脏中的半衰期显著增加并达到6.2h。Galidesivir与受体（RdRp）发生相互作用。绿点条形图显示LYS-、SER-、AS-和ALA-的残基与Galidesivir发生氢键相互作用。
图6Galidesivir的结构
Tenofovir
替诺福韦（图7）于年首次上市。它是一种核苷酸类似物，用于治疗乙肝和艾滋病*感染。替诺福韦对人体免疫缺陷病*具有良好的抗病*活性。它阻断逆转录酶，与天然核苷酸亚基竞争被包含到拉长的DNA链中，并缺乏3-OH，显示出与链终止子的相似性。对接研究结果表明，它是一种有效的SARS-CoV-2RdRp抑制剂。其与SARSCoV-2RdRp的较高结合能力（6.9kcal/mol）干扰了聚合酶的功能。对接结果表明，它与W、D、A、W、E形成5根氢键，是一种可能的抗新冠肺炎药物。
图7替诺福韦的结构
Mizoribine
Mizoribine（图8）是日本*府于年批准的一种新型免疫抑制药物。Mizoribine抑制小鼠淋巴瘤细胞系LY的DNA合成，但不抑制蛋白质合成。Mizoribine在SARS-CoV复制中发挥了重要作用。Mizoribine对SARS-CoVHKU的IC50为50%。对VeroE6细胞的50%细胞*浓度大于μg/ml。10μg/ml的剂量通过将感染滴度降低到十分之一或更少来抑制SARS-CoV的复制。Mizoribine的意义在于能有效抑制SARS-CoV的复制，但即使浓度较高（μg/ml）也不能完全抑制SARS-CoV的复制。口服MZB在2-3h内至血清浓度峰值，通常通过肾脏排出（剂量的65-%），其血清半衰期为3h。
图8Mizoribine的结构
Favipiravir
Favipiravir（图9）也称为T-。Favipiravir是一种嘌呤核苷类似物，主要在日本开发并批准用于治疗流感病*。Favipiravir的意义在于有选择地阻断流感病*（RdRps）。其活性形式是favipiravirl-核呋喃基基-5-三磷酸（RTP）。嘌呤核酸的加入导致抗病*效果降低，这表明病*的RNA聚合酶错误地将favipirvir-RTP识别为嘌呤核苷酸。它对甲型(H5N1)、甲型(H1N1)pdm09和最近的甲型(H7N9)禽流感病*等广泛流行的流感病*具有活性。它的活性被证明可以对抗对最新抗病*药物表现出耐药性的流感*株。它还与奥司他韦的复合形式具有协同作用，这大大扩大了流感的治疗选择。Favipiravir广泛的抗病*活性和独特的机制被认为是治疗RNA和流感感染的成功候选药物。最近Favipiravir的研究表明，Favipiravir具有良好的体外抗病*活性（SI=6.46），CC50=μM,EC50=61.88μM。
图9Favipiravir的结构
总结与展望
上文介绍了关于核苷酸和核苷发展以及治疗几种病*感染的情况。核苷酸和核苷类药物在竞争性抑制rdrp介导的病*RNA合成中起核心作用。它们大多能安全应用于COVID-19住院患者，并对未接受机械通气的危重患者有良好的影响。迫切需要进一步研究开发核苷/核苷前体，从新的合成结构开始，并将评价结果与现有和未知类型的病*进行比较。尽管核苷酸和核苷类药物对多种病*有足够的疗效；还需要进一步的研究来分析这些抑制剂是否能对SARS-CoV-2显示最佳效果。因此，重视这一领域的研究迫在眉睫。如果未来再次发生新型病*感染疫情，这些抑制剂将是消除感染负担的主要选择之一。
参考文献：
1，AhmedAbdullahAlAwadh,Nucleotideandnucleoside-baseddrugs:past,present,andfuture.SaudiJournalofBiologicalSciences29().
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