标题：整合酶
概述
整合酶（Integrase）是帮助逆转录病毒把携带病毒遗传信息的DNA整合到宿主的DNA的酶。通常由病毒自身携带，并且不存在于宿主细胞，所以可以作为抗病毒药物的一个合适靶标。
简介

研究人员也许找到了对付艾滋病病毒（HIV）的新方法，那就是抑制一种被称为“整合酶”的HIV酶，研究人员正在试验一种新的药物，这种药物可以抑制“整合酶”，通过在猴子身上试验，发现这种药物可以控制艾滋病的传染。 
HIV-1整合酶是逆转录病毒复制的必需酶，它催化病毒DNA与宿主染色体DNA的整合，而且在人类细胞中没有类似物，因此成为治疗艾滋病的富有吸引力和合理的靶标。
一大批HIV-1整合酶抑制剂被鉴定出来，其中一些化合物显示选择性的抑制HIV-1整合酶和阻断病毒复制的活性，而最有影响的两类抑制剂是含邻苯二酚的多羟基芳环化合物和最近报道的芳基β-二酮酸类化合物。
抗HIV新药的不同种类的化合物种类有，包括苯并咪唑类衍生物、核苷类、多肽、羟基取代的芳环化合物及二酮酸类化合物等。
抑制剂研究

抑制剂的研究开发由默克科学家们开发的艾滋病病毒1型(HIV-1)整合酶抑制剂，2003年3月在美国和比利时开始进入临床I期研究，对象为未曾感染HIV的志愿者。临床I期研究是人体实验的最初阶段，主要目的是评估研究药物的安全性、耐受性及药代动力学(血液中药物代谢水平)。据美国默克公司感染性疾病与疫苗临床研究部副总裁Jeffrey Chodakewitz医学博士说，迄今为止，有为数不多的健康志愿者(不到70人)参与了研究，他们对药物总体耐受性良好。他注意到现有的临床前数据支持每天2次剂量，假如一切研究都能顺利进行，确定适宜的给药剂量仍需要通过临床研究。
刊登在2004年7月8日《科学》杂志上的一份研究文章指出，Merck公司报告说，当猴子被艾滋病病毒感染初期服用这种药，就可以对猴子起到明显的保护作用，因而这种药又被称为“整合酶”抑制剂，这种药对病重者也有效果。Merck公司还在研究数种“整合酶”抑制剂，他们用几个志愿者进行试验，以便确定这些药是否安全，是否会对滤过性病毒具有抑制作用。 
一种新型整合酶抑制剂高通量筛选方法随着HIV-1病毒耐药性的不断升级，抗艾滋病药物的研发远远滞后，抗HIV-1药物新靶点的发现和创新药物的研发已成为燃眉之急。HIV-1整合酶催化病毒cDNA与宿主细胞基因组的整合，是HIV病毒复制周期中必需的关键酶。人体内无整合酶功能类似物。因此，整合酶是抗艾滋病药物研发的理想靶点。 
近年来，北京工业大学生命科学与生物工程学院王存新教授领导的分子设计与蛋白质功能实验室，在两项国家自然科学基金和五项北京市项目的资助下，在北京工业大学“211工程”项目的大力支持下，致力于以HIV-1整合酶和gp 41蛋白为主要靶标的药物设计与筛选工作，取得了显著的成果。该课题组于2008年3月在《中国药理学报》（Acta Phamarcologica Sinica, 29 (3): 397-404）上发表了关于整合酶抑制剂筛选方法的最新研究成果：利用磁珠建立的一种新型高通量整合酶链转移反应抑制剂筛选方法（A novel high-throughput format assay for HIV-1 integrase strand transfer reaction using magnetic beads）。该工作引入了磁珠捕获DNA技术代替传统的DNA包被微孔板方法，对DNA进行修饰加工，通过整合酶催化DNA链转移反应建立了高通量的整合酶活性检测方法，并基于这种方法筛选了以整合酶为靶点的HIV抑制剂，建立了一种分子水平的整合酶抑制剂筛选平台。这种筛选方法摒弃了传统放射自显影方法的具有放射性污染和难以实现高通量筛选等缺点，改进了传统的酶联免疫检测法（ELISA）包被、封闭微孔板等耗时耗力等缺点。该方法灵敏度高，特异性好，且方便、快速，能用于高通量筛选。因此，能够大大减少药物筛选的工作量。该方法可以推广应用到从事药物研发的科研单位和公司企业中，以创造更高的社会价值。 
这项研究的题目是：“A novel high-throughput format assay for HIV-1 integrase strand transfer reaction using magnetic beads”（“利用磁珠建立的一种新型高通量整合酶链转移反应抑制剂筛选方法”）。
蛋白背景

人免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus,HIV）包括HIV-1和HIV-2两种，其中HIV-2主要分布于非洲西部，而HIV-1则广泛分布于世界各地，是引起全世界AIDS流行的病原。HIV复制周期中的整合过程是将HIV-1 DNA整合入宿主DNA的过程，也是HIV-1复制周期的不可缺少的过程。HIV-1整合酶(integrase,IN)参与整合全过程，催化整个整合反应，是HIV-1复制过程必不可少的酶，也是病毒稳定感染必不可缺的酶。因此抑制该酶活性将能有效的抗HIV-1，所以许多艾滋病研究人员将IN作为研发新药物的靶点。但由于HIV-1 IN溶解困难等方面的原因限制了对此酶的了解，因此获得可溶性IN是进行其活性研究，以及为筛选抗HIV药物提供了重要帮助。
技术背景

可溶性表达--由于外源蛋白在表达过程中容易被宿主细胞蛋白酶降解或者形成包涵体，而包涵体体外复性过程往往费时、费力，且不经济，因此外源蛋白在大肠杆菌或者毕赤酵母中的可溶性表达具有较高的学术价值和经济价值。
pET-28a--来自Novagen公司出产的产品pET系列，主要特征是
pET-28a: Kan T7lac His-tag(N-terminal tag和optional C-terminal tag） T7-tag(internal tag) protease(thrombin)
研究目标

据Chodakewitz博士说，默克计划在2002年下半年对少数HIV感染的志愿者开始临床I期研究。试验中的HIV-1整合酶抑制剂的临床研究项目希望涉及比较广泛的人群，包括那些从未接受过抗逆转录病毒治疗的患者，以及已经对其它治疗产生耐药的患者，以评估该药物的疗效和耐受性。假如进行的临床I期研究的结果理想，默克期望在2003年开始临床Ⅱ期研究。
研究方向

美国默克公司致力于开发具有突破意义的HIV/AIDS治疗药物及疫苗的研究已经长达15年，迄今仍在不断努力。除了努力开发HIV-l整合酶抑制剂之外，美国默克公司正致力研究HIV疫苗，研究方向是既保护人们免受感染，也用于治疗HIV患者。已有两种HIV研究疫苗进入临床I期研究。
病毒类药物

整合酶抑制剂是全新的HIV/艾滋病(AIDS)治疗药物，可能成为抗逆转录病毒药物治疗中有重要意义的突破。HIV复制过程需要3种酶：蛋白酶、逆转录酶和整合酶。已有药物能够抑制前2种酶，即蛋白酶和逆转录酶。但还未批准通过的抑制整合酶的药物。
默克生物化学部常务主任兼HIV-1整合酶抑制剂开发组副组长Daria Hazuda博士说：“根据临床前研究，研究中的HIV-l整合酶抑制剂可能与逆转录酶抑制剂或蛋白酶抑制剂均有协同作用。假如临床试验能够证实这一药物与其它各类的抗逆转录病毒药物联合用药能够有效的话，它将会对抗逆转录病毒治疗做出有价值的补充”。
医疗机理

在抗艾滋病的机理上，S—1360是通过抑制艾滋病病毒的整合酶来控制病毒对细胞的感染。整合酶、逆转录酶和蛋白酶是艾滋病病毒感染细胞并进行复制所必需的3种酶，现存的所有抗艾滋病药物都是破坏逆转录酶或蛋白酶功能的，对整合酶却“秋毫不犯”。因此，研制公司称S－1360实现了一个机理上的突破，它扩大了抗艾滋病药物的选择范围，可能在其它药物的辅助下更好地控制艾滋病病毒在人体中的复制，从而完善艾滋病的治疗。
HIV-1整合酶是HIV病毒复制中一个重要的酶，也是治疗艾滋病药物的一个重要靶点。为了开展以整合酶蛋白为靶点的抑制剂筛选，构建HIV?1整合酶重组质粒，在原核细胞中进行可溶性表达和功能研究。通过重叠PCR技术引入F185K和C280S突变于HIV-1 B亚型标准株的整合酶cDNA片段中，PCR扩增片段克隆到pET-28a(+)表达载体中，构建重组质粒，在E. coli中进行整合酶基因表达，SDS-PAGE鉴定表达产物，亲和层析纯化蛋白，酶联免疫吸附实验方法测定整合酶的生物学活性。结果构建的重组质粒获得高效稳定的可溶性表达，ELISA实验证实该蛋白具有整合酶的3′切割DNA和5′链转移的活性。HIV-1整合酶蛋白的可溶性表达和活性研究为建立以整合酶为靶点的抗HIV药物筛选平台打下了基础
治疗选择

虽然的联合用药是高效的，但由于多重耐药病毒株的扩散、治疗持久性不够以及长期用现有的抗逆转录病毒药物治疗所带来的副作用等因素，都支持需要增添新的治疗选择。
据估计，在所有接受抗逆转录病毒药物治疗的病人中，＞78％的患者对一类以上的治疗药物产生耐药。耐药性问题在未曾接受过抗逆转录病毒治疗的患者中也愈加严重。在未曾接受过药物治疗的患者中，携带耐药性病毒株的比例已从1999年的5％上升到了现在的20％。在动物实验中，默克的药物对于高度突变、多重耐药的HIV-l治疗有效。
尽管对于HIV/AIDS治疗已经有多种药物，AIDS流行仍然猖撅。估计在全世界约有4000万人感染了HIV，其中＞95％在发展中国家。AIDS是导致死亡人数最多的传染性疾病，年导致300万人死亡。
结构功能

科学家破解整合酶的三维结构英国和美国研究人员在2010年1月31日的《自然》杂志上报告说，他们合作进行的一项最新研究模拟出整合酶的三维结构。整合酶在包括艾滋病病毒等逆转录酶病毒中可以找到，并且充当了艾滋病病毒在人体内复制时的“帮凶”。这项重大突破有助于科学家解决困扰了艾滋病研究领域长达20年的一个难题，从而找到更好的治疗艾滋病的方法。 
当艾滋病病毒感染人体时，通常会利用整合酶当工具，将病毒的遗传信息“复制粘贴”到其DNA中，并将病毒DNA与人体DNA整合。很多科学家都曾尝试破解这种与病毒DNA绑定的整合酶的三维结构，结果都无功而返。新的抗逆转录酶病毒药物很多是利用抑制整合酶的功能来达到治疗艾滋病的目的，但科学家们并没有确切了解这些药物发挥作用的机制以及增进药效的机理。 
由于只有通过获取质量较多的晶体才能确定整合酶的结构，在此次研究中，帝国理工学院和哈佛大学的研究人员联手，从一种被称为原型泡沫病毒(PFV)的逆转录病毒中“借”来了整合酶，并用其来制造晶体。虽然目前科学界对原型泡沫病毒所知不多，但基于已有认识，研究人员相信，这种版本的整合酶与艾滋病病毒中的整合酶在结构和功能上非常相似。 
研究人员在4年中进行了4万多次试验，最终获得了7种晶体，而其中只有一种晶体的质量足够多，使得他们可以确定整合酶的三维结构。利用钻石光源中心的大型同步加速器，研究人员采集了晶体的X射线衍射数据，从而将结构进行测定。并于随后首次观察到这些抗逆转录酶病毒药物如何与整合酶结合并阻断其活性。 
这项研究显示，艾滋病病毒中整合酶具有完全不同于之前所预期的结构，其破解意味着科学家自此可以充分了解相关药物的作用原理，以期提高疗效并防止艾滋病病毒产生抗药性。
抑制剂的设计原理和作用机制据《每日邮报》2010年2月2日报道，科学家们日前成功克服了一项困扰艾滋病病毒研究长达20多年的关键性难题，他们的发现将有望研制出一种革命性的抗艾滋病毒新药，帮助患者获得更好的治疗。 
英国和美国的研究人员表示，他们培养了一种晶体能够清晰看到整合酶的三维结构。这种酶存在于艾滋病毒等逆转录酶病毒中，是目前研发抗癌病病毒新药物的靶标。该项研究报告昨天已公布在权威的《自然》杂志上。 
研究人员在进行了4万多次试验后，才获得了高品质的晶体，通过其可以十分清晰地看到整合酶的三维结构。伦敦帝国学院的研究员彼得·切列帕诺夫称：“虽然最初进展极为缓慢，经历了许多次失败，但我们没有放弃，并最终获得了成功。” 
来自伦敦帝国学院及哈佛大学的科学家称，掌握整合酶的三维结构后，可以帮助人们充分了解整合酶如何抑制药物发挥作用，如何对药物进行改良，以及如何阻止艾滋病病毒对药物产生抗体等问题。 
目前，全球范围内已有近6000万人感染艾滋病病毒，而且自艾滋病病毒开始传播以来，已有2500万人死于该病毒之手。尽管鸡尾酒疗法能够维持被感染病人的健康，但却无法治愈并进行预防。[1]