中国HIV流行株gp140-CD4结合特性解析、Temsavir耐药机制及新型黏附抑制剂的发现

本综述系统解析了中国主要HIV流行亚型（B/CRF01_AE/CRF07_BC/CRF08_BC/CRF55_01B）的gp140-CD4结合动力学差异，揭示S375H突变介导的Temsavir耐药机制，并通过虚拟筛选发现5种对CRF55_01B亚型抑制率达19%以上的新型黏附抑制剂，为针对中国HIV毒株的特异性治疗策略提供理论基础。

　　

引言

人类免疫缺陷病毒（HIV）以其特殊的遗传可塑性和复杂复制周期持续构成全球健康挑战。作为逆转录病毒，HIV的包膜糖蛋白（gp120/gp41三聚体）在宿主细胞侵染过程中起关键作用，其中gp120与CD4受体的结合是病毒进入细胞的限速步骤。中国HIV疫情以多种循环重组形式（CRF）为特征，包括CRF01_AE、CRF07_BC、CRF08_BC和CRF55_01B等亚型。gp120与CD4的结合能力存在亚型依赖性差异，这给以该相互作用为靶点的黏附抑制剂开发带来挑战。目前唯一获FDA批准的黏附抑制剂Fostemsavir（活性形式为Temsavir）对中国主要流行亚型的抑制效果尚未系统评估。

材料与方法

研究团队通过系统性文献检索（截至2024年12月31日）确定中国主要HIV亚型分布，并对深圳第三人民医院2023-2024年期间的472例临床样本进行亚型鉴定。采用哺乳动物细胞表达系统纯化五种主要亚型（B、CRF01_AE、CRF07_BC、CRF08_BC和CRF55_01B）的gp140蛋白和人类CD4蛋白。通过生物膜干涉技术（BLI）定量分析gp140-CD4结合动力学参数，使用AlphaFold2预测gp120三维结构，并采用分子对接和分子动力学模拟（GROMACS软件，AMBER99SB-ILDN力场）分析结合界面特性。针对CRF55_01B亚型gp140蛋白，对13,819种化合物进行虚拟筛选（Schr?dinger软件），并通过BLI验证抑制效果。

结果

HIV亚型间黏附过程差异

文献计量分析显示中国主要流行亚型为B（11.9%）、CRF01_AE（38%）、CRF07_BC（32.2%）、CRF08_BC（9%）和CRF55_01B（3.7%），临床样本验证结果与文献分布一致。BLI检测发现不同亚型gp140与CD4结合能力存在显著差异：B亚型结合最强（K_D=79 pM），CRF55_01B最弱（K_D=8.76 nM），CRF07_BC和CRF08_BC居中（K_D分别为559 pM和931 pM）。

不同HIV-1亚型黏附过程的差异机制

通过AlphaFold2预测的gp120结构显示，所有亚型CD4结合界面均呈现正电荷分布特征，与CD4蛋白的负电荷区域互补。结合界面埋藏面积分析表明B亚型最大（1153.6 ?2），结合自由能最稳定（-5.6 kcal/mol），而CRF01_AE和CRF55_01B的埋藏面积和结合自由能绝对值均较小。氢键网络分析发现B亚型中Ser335与CD4的Asn52酰胺基团和Lys46羰基氧形成稳定氢键，而CRF01_AE和CRF55_01B在此位置无法形成氢键。

Temsavir对中国常见HIV亚型黏附抑制效果不佳

BLI抑制实验显示Temsavir对不同亚型的抑制率存在显著差异：对B亚型抑制率最高（35.7%），对CRF07_BC和CRF08_BC为9%，对CRF01_AE（1.27%）和CRF55_01B（0.96%）几乎无抑制效果。分子对接分析发现CRF01_AE和CRF55_01B因gp120第375位丝氨酸突变为组氨酸（S375H），产生空间位阻效应，阻碍Temsavir与Phe43空腔结合。此外，CRF07_BC和CRF08_BC中第432位赖氨酸突变为精氨酸（K432R），通过增加侧链空间位阻和改变疏水性，降低Temsavir结合效率。

针对中国常见HIV亚型的黏附抑制剂筛选

通过对CRF55_01B亚型gp140蛋白的虚拟筛选，从13,819种化合物中筛选出453种结合能低于-6 kcal/mol的候选化合物。经过结合能差异（>1.5数量级）和相互作用指纹（PLIF）分析，最终获得22种共识差异性化合物和119种部分差异性化合物。通过BLI验证发现5种化合物具有显著抑制活性，其中T21299和T10808抑制率分别达20%和19%。细胞毒性实验（CCK-8法）表明这些化合物在10 μM浓度下无显著细胞毒性。抗病毒实验显示T21299和T8489具有较强的抗HIV活性。分子对接表明这些抑制剂主要通过竞争性结合gp120的Gln113-Leu121区域及Cys200、Arg308、Trp423、Gln424等位点发挥作用。

讨论

本研究揭示了中国主要HIV亚型gp140-CD4结合特性的差异及其分子机制。B亚型凭借最大的结合界面埋藏面积和丰富的氢键网络表现出最强结合能力，而CRF01_AE和CRF55_01B因S375H突变导致结合能力减弱。Temsavir对不同亚型的抑制效果差异主要归因于S375H突变引起的空间位阻和K432R突变导致的结合口袋构象改变。针对CRF55_01B亚型筛选出的5种新型小分子抑制剂，通过竞争性结合gp120关键位点，展现出优于Temsavir的抑制效果。这些发现为开发针对中国HIV流行株的特异性黏附抑制剂提供了重要理论基础和候选化合物。

结论

本研究阐明了中国主要HIV亚型gp140-CD4结合的动力学校准机制，证实S375H和K432R突变通过空间位阻和结合口袋重构双重机制介导Temsavir耐药。发现的5种新型小分子抑制剂对耐药株抑制率提升达20%，为开发针对中国CRF亚型的精准治疗策略奠定了坚实基础。后续研究应聚焦于这些先导化合物的临床前验证和构效关系优化，以应对不断演变的HIV遗传多样性挑战。