HIV-1整合酶结构的研究进展

张智锦 胡建平

摘要：完整而确定的ＨＩＶ－１整合酶结构在基于受体的抗ＡＩＤＳ药物设计中起着重要的作用。概述了ＨＩＶ－１整合酶的结构和功能，并从片段结构、模建的全长聚集体以及同源体系３个方面综述了整合酶结构的研究进展。给出了各个代表性体系的应用价值。旨在对ＨＩＶ－１整合酶抑制剂药物设计及筛选平台的建立提供一定的参考。

关键词：ＨＩＶ－１；整合酶；结构；药物设计

中图分类号：Ｑ８１４；Ｏ６４１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）15－3032-06

Research Advances on the Structure of HIV-1 Integrase

ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｊｉｎ，ＨＵ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｏｕｎｔ Ｅｍｅｉ， Ｌｉｆｅ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｌｅｓｈａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

Ｌｅｓｈａｎ ６１４００４， Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ＨＩＶ－１ （Ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １） ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｐｌａｙｓ ｋｅｙ ｒｏｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｎｔｉ－ＡＩＤＳ ｄｒｕｇ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｃｃｅｐｔｏｒ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＨＩＶ－１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ， ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ｆｕｌｌ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｍｕｌｔｉｍｅｒ ａｎｄ ｈｏｍｏｌｏｇｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ， ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ each ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ evaluated ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ platform ｅｓｔａｂｌｉｓｈed ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｒｕｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ screening ｏｆ ＨＩＶ－１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＨＩＶ－１； ｉｎｔｅｇｒａｓｅ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｄｒｕｇ ｄｅｓｉｇｎ

自从１９８１年６月发现首例艾滋病患者以来，艾滋病在全球范围内迅速传播。艾滋病又称获得性免疫缺陷综合症（Ａｃｑｕｉｒｅｄ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｓｙｎｄｒｏｍｅ，ＡＩＤＳ）。中国大陆在１９８５年发现首例ＡＩＤＳ，ＡＩＤＳ在我国的流行经历了传入期、播散期，目前正处于高速发展期。根据最近世界卫生组织（Ｗｏｒｌｄ Ｈｅａｌｔｈ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ＷＨＯ）和联合国艾滋病规划署（ＵＮＡＩＤＳ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎａｉｄｓ．ｏｒｇ）的估算，截至２００９年底，全球ＡＩＤＳ感染者已达３ ５００万人，其中成年人超过３ ０００万人，妇女和儿童超过１ ９００万人。我国ＡＩＤＳ病毒感染者总数已接近１００万人，并呈上升趋势，若不能有效控制，今后１０年这一数字可能会成倍增长，形势十分严峻。ＡＩＤＳ已成为威胁人类健康的大敌，对社会将造成巨大破坏。

Ｉ型人类免疫缺陷病毒（Ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １，ＨＩＶ－１）是引起ＡＩＤＳ的病源。患者体内ＨＩＶ－１致死ＣＤ４＋细胞，干扰其正常功能，使患者免疫功能减弱，进而引发ＡＩＤＳ。当前ＡＩＤＳ治疗的主要策略是联合使用逆转录酶抑制剂和蛋白酶抑制剂的高效抗逆转录病毒疗法（Ｈｉｇｈｌｙ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ－ｒｅｔｒｏｖｉｒａｌ ｔｈｅｒａｐｙ， ＨＡＡＲＴ），又称“鸡尾酒疗法”。尽管该策略在ＡＩＤＳ治疗上发挥了重要作用，但两类抑制剂存在较大的抗药性、高毒性及高价格。临床上迫切需要寻找新的抗ＡＩＤＳ药物靶点［１，２］。ＨＩＶ－１整合酶（Ｉｎｔｅｇｒａｓｅ， ＩＮ）能介导逆转录病毒ＤＮＡ整合到宿主细胞ＤＮＡ中，整合过程包括两步反应［３］： 第一步是３端加工（３－ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ３ＥＰ），即ＩＮ切割并结合病毒ＤＮＡ形成ＩＮ－病毒ＤＮＡ复合物；第二步是链转移（Ｓｔｒａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ， ＳＴ），即ＩＮ－病毒ＤＮＡ复合物切割并结合宿主细胞ＤＮＡ，将病毒ＤＮＡ整合到宿主ＤＮＡ中，并随着宿主ＤＮＡ的复制而复制。如果能抑制病毒ＤＮＡ的整合过程，就防止了细胞被永久性的感染，而且人体细胞中没有ＩＮ的功能类似物，使得ＩＮ抑制剂选择性很高，对于正常细胞毒性小，所以针对ＩＮ催化反应的抑制剂设计已经成为国际上抗ＡＩＤＳ药物研究的热点［４－６］。２００７年 Ｒａｌｔｅｇｒａｖｉｒ（ＭＫ２０５１８）被批准为第一个抑制ＩＮ的新药，ＩＮ抑制剂的研究取得了重大突破［７，８］。

ＨＩＶ－１ ＩＮ含２８８个氨基酸残基，大小为３２ kD，由Ｎ－端结构域（Ｎ－ｔｅｒｍｉｎａｌ ｄｏｍａｉｎ， ＮＴＤ）催化核心结构域（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｒｅ ｄｏｍａｉｎ，ＣＣＤ）和Ｃ－端结构域（Ｃ－ｔｅｍｉｎａｌ ｄｏｍａｉｎ， ＣＴＤ）折叠而成。ＮＴＤ是由１～４９位氨基酸残基组成的螺旋－转角－螺旋结构，内含一个不保守的ＨＨＣＣ锌指结构，功能上主要是促进酶的四聚化和增强酶的催化活性［９］。ＣＣＤ由５０～２１２位氨基酸残基组成，含有混合的α／β结构（共５个β折叠和６个α螺旋），是ＩＮ参与催化反应的主要区域，含有核酸内切酶和聚核苷酸转移酶的酶切位点。ＣＣＤ结构上有高度保守的ＤＤＥ酸性基序与二价金属离子（Ｍｎ２＋或Ｍｇ２＋），二者螯合共同构成ＩＮ的活性中心。值得一提的是，这３个酸性关键残基分别分布在不同的结构段上，即β１无规卷曲和α４段。另外，残基范围１４０～１４９的二级结构是一个较长的无规卷曲，该区域结构的充分柔性对于ＩＮ的催化是必须的［１０］。ＣＴＤ由２１３～２８８位氨基酸残基组成，包含了５个反平行的β折叠，形成了一个β桶，在ＩＮ的３个结构域中保守性最小，功能上是参与结合非特异性ＤＮＡ，稳定ＩＮ－ＤＮＡ复合物结构［１１］。一般认为，单独的ＣＣＤ就能进行简单的去整合反应，但是要完全实现３ＥＰ和ＳＴ反应，３个结构域缺一不可［１２］。

近年来，ＨＩＶ－１ ＩＮ结构的研究是一个热点问题，引起了很多研究者的重视。有生物学家已经从蛋白质结晶以及突变试验等方面对ＩＮ的结构及催化功能进行了较为全面的研究，并取得了一定的成果。分子模拟理论工作者则主要用结构模建、分子对接以及虚拟筛选等方面进行了一些较为系统的研究。笔者从片段结构、聚集体模建和同源复合物体系的角度出发，将ＨＩＶ－１ ＩＮ结构的最新研究进展进行了综述， 旨在为有效设计ＨＩＶ－１ ＩＮ抑制剂提供参考。

１整合酶的片段结构

由于ＨＩＶ－１ ＩＮ溶解性较差，难以稳定结晶，迄今生物学家用Ｘ－ｒａｙ和ＮＭＲ试验方法仍未获得完整的ＩＮ单体结构，更不用说二聚体和四聚体。但蛋白质数据库（Ｐｒｏｔｅｉｎ ｄａｔａ ｂａｎｋ， ＰＤＢ）中目前已经有超过２５个ＨＩＶ－１ ＩＮ的片段结构。这里将综述比较有代表性的ＨＩＶ－１ ＩＮ片段结构，这些结构虽然仅是ＩＮ的片段结构，但是它们对于早期的科研以及全长ＩＮ模建中起着重要的作用［１３，１４］。

前面提到，作为聚核苷酸转移酶，ＨＩＶ－１ ＩＮ含有２个金属结合区域，即结合Ｚｎ２＋的ＮＴＤ锌指结构和结合Ｍｇ２＋或Ｍｎ２＋的ＣＣＤ，这些金属离子是酶催化所必须的。Ｂｕｊａｃｚ等［１５］用Ｘ－ｒａｙ试验首次获得了含双Ｍｇ２＋的ＣＣＤ晶体结构（ｐｄｂ代码：１ＶＳＨ）。图１（Ａ）给出了１ＶＳＨ三维结构，其中用绿色Ｓｏｌｉｄ ｒｉｂｂｏｎ模式表示蛋白质部分，金属离子用黑色ＣＰＫ模式表达，而ＤＤＥ基序（Ａｓｐ６４，Ａｓｐ１２１和Ｇｌｕ１５７）残基用粉红色Ｓｔｉｃｋ表示。该结构的解析首先证明了ＩＮ催化中需要双金属参与的观点一致，另外，Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋以及Ｃｄ２＋均可以结合到ＣＣＤ活性口袋区中。试验还表明，功能Lｏｏｐ区（残基１３８～１４９）的柔性是整合酶维持高活性所必须的。由于有Ｍｇ２＋位置的确定，将为后续的结构解析提供了较好的参照作用。Ｇｏｌｄｇｕｒ等［１６］通过双突变Ｆ１８５Ｋ和Ｗ１３１Ｅ提高ＩＮ的溶解度，并把双突变ＩＮ在大肠杆菌中表达出来，然后用Ｘ－ｒａｙ方法获得了到目前为止惟一的一个ＩＮ与其抑制剂１－（５－氯－吲哚－３－甲酸）－３－四唑基－１，３－丙二酮烯醇（５ＣＩＴＥＰ）的复合物结构（ｐｄｂ代码：１ＱＳ４），分辨率是２．１?魡。值得一提的是，ＩＮ部分由３个ＣＣＤ组成。图１（Ｂ）给出了１ＱＳ４中一个单体的三维结构，其中蛋白质和金属离子表示方法同图１（Ａ），而ＤＤＥ基序（Ａｓｐ６４， Ａｓｐ１１６和Ｇｌｕ１５２）残基和５ＣＩＴＥＰ抑制剂分别用黄色Ｓｔｉｃｋ以及粉红色Ｂａｌｌ－ａｎｄ－ｓｔｉｃｋ表示。１ＱＳ４中Ｍｇ２＋、ＤＤＥ基序和抑制剂５ＣＩＴＥＰ高分辨率的结合模式，为后续基于ＩＮ结构的药物分子设计提供了有用结构信息。

多位点突变策略较大地提高了ＨＩＶ－１ ＩＮ的溶解性，解析所得片段也逐渐变长。Ｃｈｅｎ等［１７］通过引入五点突变（Ｃ５６Ｓ／Ｗ１３１Ｄ／Ｆ１３９Ｄ／Ｆ１８５Ｋ／Ｃ１８０Ｓ），首次解析出包含有ＣＣＤ和ＣＴＤ区域的ＨＩＶ－１ ＩＮ片段的对称二聚体，分子外形是一个“Ｙ”字形，残基范围是５２～２８８，分辨率为２．８?魡（ｐｄｂ代码：１ＥＸ４），结构详见图１（Ｃ）。ＣＣＤ和ＣＴＤ之间靠２７个氨基酸长度的α６螺旋（残基１９５～２１１）连接。可以推测，两个较长的α６柔性臂可能在整合催化中起着结构域重定向作用。值得一提的是，该结构是首次报道的多结构域ＩＮ体系，从结构上解释了ＩＮ四聚体存在的合理性。两个ＣＣＤ间存在１个二体接触面，而两个ＣＴＤ之间距离大约为５５?魡。试验表明，ＣＴＤ有专一性结合ＤＮＡ的特性，推测ＣＴＤ在整合催化作用中，应该有参与结合、弯转甚至重定向病毒ＤＮＡ的功能。电势计算结果表明，ＩＮ二聚体中有一条沿Ｂ链ＣＣＤ到Ａ链ＣＴＤ的狭长正电区域带，病毒ＤＮＡ可能结合到该区域。参与结合的氨基酸残基有Ｂ链的Ｌｙｓ１５９、Ｌｙｓ１８６、Ａｒｇ１８７和Ｌｙｓ１８８以及Ａ链的Ｌｙｓ２１１、Ｌｙｓ２１５、Ｌｙｓ２１９、Ｌｙｓ２４３、Ａｒｇ２６３和Ａｒｇ２６４，这点证明了结构完整性是ＩＮ发挥其催化功能的基础。另外该课题组还解析一个单独ＣＣＤ（残基范围５２~２１２）结构，与１ＥＸ４的ＣＣＤ部分完全吻合，进一步证明了１ＥＸ４结构的合理性。Ｗａｎｇ等［１８］解析出了包含有ＮＴＤ和ＣＣＤ区域的ＨＩＶ－１ ＩＮ片段结构（ｐｄｂ代码：１Ｋ６Ｙ），形成了１对非对称的ＩＮ四聚体，ＣＣＤ和ＣＴＤ之间是靠一个高度无序链４７～５５连接，残基范围是１～２１２，结构详见图１（Ｄ）。该结构给出了ＩＮ四聚体中ＮＴＤ以及ＣＣＤ的接触界面，是模建ＩＮ四聚体的基本模板，具体做法是与包含有ＣＣＤ和ＣＴＤ区域的片段叠合，结构衍生模建出全长的ＨＩＶ－１ ＩＮ二聚体和四聚体。为了提高溶解性以利于结晶，体系进行了三位点突变（Ｗ１３１Ｄ／Ｆ１３９Ｄ／Ｆ１８５Ｋ）。结构分析表明，１Ｋ６Ｙ每个ＣＣＤ或者ＣＴＤ与之前报道的单体三维结构十分吻合，而且ＣＣＤ与１ＥＸ４的对应区域结构类似。

２完整聚集体模建研究

体内及体外的一系列生物学试验研究［１９］表明，有活性的ＨＩＶ－１ ＩＮ是多聚体，而且病毒中也存在一些低聚体ＩＮ，推测ＩＮ在多聚体和低聚体之间有一个动态平衡。但是ＩＮ活性多聚体亚基数目有待深入研究［２０］。基于ＰＤＢ库中已有的ＩＮ片段结构，国际上已有很多小组用同源模建方法获得了全长ＩＮ二聚体和四聚体等结构。

Ｌｕｃａ等［２１］首次用同源模建方法搭建了一条完整的ＨＩＶ－１ ＩＮ二聚体结构，并用ＥＳＣＨＥＲ分子对接程序与一条含有２７ ｂｐ的病毒ＤＮＡ进行复合物预测，获得了ＩＮ与病毒ＤＮＡ的结合模式（ｐｄｂ代码：１ＷＫＮ）。图２（Ａ）给出了１ＷＫＮ的三维结构，绿色及紫色Ｓｏｌｉｄ ｒｉｂｂｏｎ模式表示ＩＮ的两个单体，而病毒ＤＮＡ用黄色Rｉｎｇ表示。模建过程有５个步骤：①保留１ＱＳ４ 晶体结构［１６］中Ａ、Ｂ链的ＣＣＤ，去除其中的配体、结晶水及Ｃ链，并把４ 个缺失残基Ｉｌｅ１４１、Ｐｒｏ１４２、Ｔｙｒ１４３和Ａｓｎ１４４ 依据１ＢＩＳ［２２］中Ｂ链的同源区域补全；②把晶体结构中两个突变残基Ｆ１５８Ｋ和Ｗ１３１Ｅ替换为天然残基，得到的野生型ＣＣＤ二聚体的Ａ、Ｂ链分别包含一个Ｍｇ２＋；③按照包含双金属离子与ＨＩＶ－１ ＩＮ高度同源的鸟肉瘤病毒ＩＮ结构１ＶＳＨ［１５］，将第二个Ｍｇ２＋放置于Ａ、Ｂ链相应的位置；④把双金属ＩＮ２核心区与ＰＤＢ代码为１ＥＸ４［１７］和１Ｋ６Ｙ［１８］的结构依次叠落以获得全长的ＩＮ２；⑤最后与１ＷＪＤ［２３］结构叠落补全缺失的４７～５５ 号残基。通过详细的接触残基分析，证明了搭建的全长ＩＮ二聚体－病毒ＤＮＡ复合物准确验证了一系列交叉偶联和突变试验。Ｌｕｃａ采用的病毒ＤＮＡ是已经切除３末端２个核苷酸的。实际上，在生理状态下，病毒ＤＮＡ先与ＩＮ结合后再发生３ＥＰ反应，随之ＩＮ和病毒ＤＮＡ的构象将发生一定变化。所以３ＥＰ反应前后的结合模式可能会有所不同，基于此，有学者也用Ｊａｃｋａｌ程序搭建了全长的ＩＮ二聚体［２４－２６］。并用Ａｕｔｏｄｏｃｋ程序获得了与８ ｂｐ以及２７ ｂｐ病毒ＤＮＡ（没有切除ＣＡ碱基）的复合物结构，发现随着病毒ＤＮＡ长度的增加，ＨＩＶ－１ ＩＮ２与病毒ＤＮＡ的具有生物活性的结合模式出现的可能性相应增大。并用分子动力学方法研究了复合物在水溶液中的构象变化。结果表明，与未结合ＩＮ的病毒ＤＮＡ相比，复合物中病毒ＤＮＡ的结合区碱基构象变化较大，尤其是结合部位的小沟变宽。

最近，Ｗｉｅｌｅｎｓ等［２７］以及美国国家癌症研究中心Ｋａｒｋｉ等［２８］分别用同源模建的方法获得了全长的整合酶四聚体，并基于四聚体结构研究了整合酶与病毒ＤＮＡ可能的结合模式以及金属离子对结合的影响。其中Ｋａｒｋｉ等［２８］提供了３个模建路径，得到３个模建结构。模型１路径具体为：①保留１ＥＸ４（ＣＴＤ＋ＣＣＤ）二体结构，去除水，用Ｓｙｂｙｌ补全缺失残基，而功能Ｌｏｏｐ区（残基１３８～１４９）用ＰＤＢ库中１ＢＬ３结构［２９］补全，ＣＴＤ的部分走向用ＰＤＢ库中１ＩＨＶ结构［３０］校准；②用ＰＤＢ库中１ＷＪＡ结构［２３］补全ＮＴＤ部分，这样得到了全长ＩＮ二聚体；③与１Ｋ６Ｙ四聚体［１８］叠落，获得全长四聚体；④放置两个金属Ｍｇ２＋在ＤＤＥ口袋中，第一个手工放置，第二个参照１ＱＳ４结构［１６］。图２（Ｂ）给出了模型１结构。模型２的路径与模型１的区别有两点：①ＮＴＤ结构采用１Ｋ６Ｙ结构［１８］而不是１ＷＪＡ［２３］；②两个Ｍｇ２＋的位置参照１ＶＳＨ结构［１５］，而非手动以及参照１ＱＳ４［１６］。图２（Ｃ）给出了模型２结构。模型３的路径与模型２相近，只是模型３中ＣＴＤ的部分走向未用ＰＤＢ库中１ＩＨＶ结构［３０］校准，图２（Ｄ）给出了模型３结构。Ｋａｒｋｉ等［２８］的研究成果首次给出了ＩＮ与病毒ＤＮＡ及宿主ＤＮＡ的识别结果，证明Ｇｌｕ１５２、Ｇｌｎ１４８和Ｌｙｓ１５６是结合病毒ＤＮＡ的反应部位（ＣＡ－ＯＨ３）的关键残基；以及功能Ｌｏｏｐ区（残基１４０～１４９）主要是通过隔开病毒ＤＮＡ和宿主ＤＮＡ，从而起到稳定ＩＮ和复合物的作用。Ｗｉｅｌｅｎｓ等［２７］还用ＧＲＩＤ程序将一系列ＩＮ抑制剂对接到ＩＮ四聚体－病毒ＤＮＡ－宿主ＤＮＡ上，这些对接结果都与已有的试验信息相吻合，并且对ＩＮ与ＤＮＡ结合模式提供了一些有用的信息。Ｗａｎｇ等［３１］搭建了一个与Ｋａｒｋｉ等［２８］提供的类似全长的ＩＮ四聚体结构，首次定量考虑了金属离子对于ＩＮ与病毒ＤＮＡ相互作用的影响；Ｋｅ等［３２］利用ＰＤＢ库中已有的片段结构，也搭建了一个ＩＮ四聚体，并把不同长度的病毒ＤＮＡ对接到该平台中，结果表明，ＩＮ四聚体中有３个ＤＮＡ结合区域，有两个应该是病毒ＤＮＡ结合区，另一个是宿主ＤＮＡ结合区。

３同源蛋白酶－ＤＮＡ复合物结构

在ＨＩＶ－１的生命周期中，ＨＩＶ－１ ＩＮ主要是将病毒ＤＮＡ整合到宿主细胞染色体中，整个催化反应前提是ＩＮ与病毒ＤＮＡ的特异性识别与结合。在生理状态下，病毒ＤＮＡ先与ＩＮ结合，随后发生３ＥＰ反应。在药物设计中，如果知道ＨＩＶ－１ ＩＮ与病毒ＤＮＡ的结合位点，就可以有针对性地寻找阻断ＨＩＶ－１ ＩＮ与病毒ＤＮＡ结合的抑制剂，阻断ＨＩＶ－１的复制过程。尽管上面提到了Ｌｕｃａ等［２１］、Ｗｉｅｌｅｎｓ等［２７］和Ｋａｒｋｉ等［２８］均搭建出ＩＮ－ＤＮＡ模型，这些为ＨＩＶ ＩＮ的催化机理以及ＩＮ抑制剂的合理设计研究提供了许多有益的信息，但是它们依然无法完全满足当前ＩＮ抑制剂设计工作的需要。因为在以往的ＩＮ－ＤＮＡ模型构建过程中，涉及到ＩＮ二聚体、四聚体以及病毒ＤＮＡ的模建，模建误差对后续计算结果准确性会造成一定的影响。总之，无论单独的全长ＩＮ还是与病毒ＤＮＡ的复合物结构都缺失，尽管ＨＩＶ整合酶抑制剂Ｒａｌｔｅｇｒａｖｉｒ已经用于临床，但是其作用机制仍未知。

Ｓｔｅｉｎｉｇｅｒ等［３３］解析出Ｔｎ５转座酶与ＤＮＡ末端形成的复合物结构（ｐｄｂ代码：１ＭＵＳ），首次提供了转座／整合路径分析的三维结构。细菌Ｔｎ５转座酶和ＨＩＶ－１ ＩＮ同属于聚核苷酸转移酶家族，催化机制类似。Ｔｎ５转座酶常用于ＤＮＡ转移研究的模型系统，和ＨＩＶ－１ ＩＮ一样内含３个保守的氨基酸残基（Ａｓｐ９７、Ａｓｐ１８８、Ｇｌｕ３２６，即ＤＤＥ基序），与金属Ｍｎ２＋稳定结合，共同对酶的ＤＮＡ转移活性起关键性的作用。Ｔｎ５－ＤＮＡ复合物结构中的Ｍｎ２＋被Ａｓｐ９７、Ｇｌｕ３２６和ＤＮＡ的３′－ＯＨ所定位，共同构成的活性口袋在三维结构上与ＨＩＶ－１ ＩＮ非常相似。与ＨＩＶ－１

ＩＮ一样，Ｔｎ５转座酶的活性口袋区中含多个Ｌｙｓ残基，参与结合ＤＮＡ末端序列。另外，Ｔｎ５活性口袋区中的两个金属离子得到解析，支持双金属参与ＩＮ催化的观点。在ＨＩＶ－１ ＩＮ－ＤＮＡ复合物结构缺乏的情况下，该结构是一个很好开展ＤＮＡ转移机制研究的平台［３４］。图３（Ａ）给出了Ｔｎ５转座酶的三维结构，两个Ｍｎ２＋和ＤＤＥ基序残基分别用黑色ＣＰＫ和粉红色Ｓｔｉｃｋ表示，蛋白质和ＤＮＡ部分则分别用绿色Ｓｏｌｉｄ ｒｉｂｂｏｎ和黄色Ｓｔｉｃｋ表示。

最近，Ｈａｒｅ等［３５］用Ｘ－ｒａｙ方法解析出全长的原核泡沫病毒（Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｆｏａｍｙ ｖｉｒｕｓ，ＰＦＶ）ＩＮ与病毒ＤＮＡ的复合体三维结构（ｐｄｂ代码：３ＯＹＡ）。晶体结构由ＰＦＶ ＩＮ四聚体和两条病毒ＤＮＡ组成，其中ＰＦＶ ＩＮ与ＨＩＶ－１ ＩＮ高度同源，均属于聚核苷酸转移酶家族。ＰＦＶ ＩＮ保留了ＨＩＶ－１ ＩＮ中高度保守的ＤＤＥ活性口袋区以及双金属催化中心。Ｔａｎｇ等［３６］的对接试验表明，一系列ＨＩＶ－１ ＩＮ抑制剂在ＰＦＶ ＩＮ中的结合位置和在ＨＩＶ－１中的结合位置相同，均是在ＤＤＥ活性口袋区。鉴于晶体库中ＰＦＶ ＩＮ含ＨＩＶ－１ ＩＮ没有但又十分重要的一些结构信息，比如酶多聚化和病毒ＤＮＡ的结合位置等，所以ＰＦＶ ＩＮ可以作为基于结构的抗ＡＩＤＳ药物研发的一个有效靶点。

４结语

从原子水平上研究ＨＩＶ－１ ＩＮ催化位点的结构信息和作用机理，进而为基于结构的ＩＮ抑制剂设计具有重要的意义。本文把握国内外当前对ＩＮ结构研究的前沿，总结了该领域一系列代表性成果，希望借此引起读者的关注。

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［７］ ＳＵＭＭＡ Ｖ， ＰＥＴＲＯＣＣＨＩ Ａ， ＢＯＮＥＬＬＩ Ｆ， ｅｔ ａｌ． Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｒａｌｔｅｇｒａｖｉｒ， ａ ｐｏｔｅｎｔ， ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｏｒａｌｌｙ ｂｉｏａｖａｉｌａｂｌｅ ＨＩＶ－ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ＨＩＶ－ＡＩＤＳ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００８，５１（１８）：５８４３－５８５５．

［８］ ＡＬＩＡＮ Ａ， ＧＲＩＮＥＲ Ｓ Ｌ， ＣＨＩＡＮＧ Ｖ， ｅｔ ａｌ． Ｃａｔａｌｙｔｉｃａｌｌｙ－ａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｏｆ ＨＩＶ－１ ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｗｉｔｈ ａ ｖｉｒａｌ ＤＮＡ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｉｎｄｓ ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｇｒａｓｅ ｄｒｕｇｓ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ＵＳＡ，２００９，１０６（２０）：８１９２－８１９７．

［９］ ＨＥＵＥＲ Ｔ Ｓ， ＢＲＯＷＮ Ｐ Ｏ． Ｐｈｏｔｏ－ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｕｇｇｅｓｔ ａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ－１１８－Ａｎ ａｃｔｉｖｅ ｈｕｍａｎ ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｖｉｒｕｓ ｔｙｐｅ １ Ｉｎｔｅｇｒａｓｅ-ＤＮＡ Ｃｏｍｐｌｅｘ［Ｊ］． Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９８，３７：６６６７－６６７８．