病毒感染可以引起多种疾病，严重危害人类生命健康。迄今，全世界发现的可以使人类发生疾病的病毒超过1000种，数万种病毒亚型和变异种，其中流感病毒曾经给人类带来巨大的死亡。从16世纪以来，在过去的400多年里，有记载的全球性的“大流感”至少有30次，其中20世纪曾经发生过至少三起大规模的流感。
其中，西班牙流感不仅死亡人数众多，也改变了世界的走向。1918年前后刚好是第一次世界大战的时候，西班牙流感一下就消灭了德意志超百万的精锐部队，不然孰胜孰负还不好确定呢。接着，三巨头开会，直接导致了国内的“五四”运动。
流感病毒按血清学分类，可分为甲型、乙型和丙型。其中甲型病毒变异能力强，致病率高，是流感流行的主要传染病毒。甲型流感病毒颗粒表面有三种蛋白：M2离子通道蛋白，血液凝集素HA，神经氨酸酶NA，目前HA已经表征出16种，NA已经表征出9种。其中，作用于离子通道M2的药物有金刚烷胺和金刚烷乙胺，这是最早的抗流感病毒药物；血液凝集素HA抑制剂可以直接阻断病毒感染，是一个非常重要的靶标，但是令人遗憾的是此靶点至今尚无药物研发成功；作用于神经氨酸酶NA的药物有扎那米韦，奥司他韦和帕纳米伟。其中扎那米韦是吸入式的药物，奥司他韦是口服药物，由于奥司他韦的优异的顺从性，其市场份额远高于扎那米韦。
神经氨酸酶NA（图1）是一个完整的膜糖蛋白，位于病毒的N端区域，是一个呈蘑菇状的四聚体糖蛋白，具有水解唾液酸的活性，当成熟的流感病毒经出芽的方式脱离宿主细胞之后，病毒表面的血凝素会经由唾液酸与宿主细胞膜保持联系，需要由神经氨酸酶将唾液酸水解，切断病毒与宿主细胞的最后联系。
图1 神经氨酸酶的结构
（PDB代码：1NN2，出自参考文献2）
奥司他韦的发现得益于神经氨酸酶结构的确定和基于结构的药物设计的思路的发展。奥司他韦的设计原理是模拟唾液酸的构型（图2）及其中间态的构象模拟。
图2 唾液酸的自由构象和结合构象；
唾液酸的中间态构象
奥司他韦的发现得益于扎那米韦结构（图3）的公布，吉利德公司的科学家先尝试简单的结构修饰，如三氟基衍生物等等，但效果都不好；随后科学家将二氢吡喃环替换为碳环，用更易合成的氨基取代胍基，得到化合物A和B（图3）。化合物A和B仅仅是双键的位置不同，但是酶活性测试发现化合物A的IC50=6300nmol/L，化合物B没有活性。研究人员通过对化合物A和B的构效研究及酶活性测试，说明了化合物A的双键位置的重要性，同时确定化合物A为先导化合物继续深入研究。
图3 扎那米韦的结构，化合物A，B的结构
经过对NA复合物的X射线晶体结构研究分析，研究人员决定保留羧基、乙酰氨基、氨基部分，只对羟基进行进一步的修饰。将化合物A的羟基修饰为甲氧基（图4，化合物C），其IC50=3700nmol/L，表现出更高的活性。接着，研究人员又逐步增加碳链的长度得到化合物D,E,F,其活性分别为2000nmol/L，180nmol/L，300nmol/L，结果显示1-3个碳链长度时，活性随着碳链的增长而增加，增加到四个碳时，活性有所下降。接着，研究人员又设计了带有支链的化合物G,H,I,J，其活性分别为200nmol/L，10nmol/L，9nmol/L，1nmol/L，发现支链有提高活性的趋势；于是又设计出化合物K,L,M，其活性又下降了。于是，研究人员对化合物J进行了深入的研究，发现其对实验室菌株和临床分离出来的流感病毒具有良好的抗病毒活性，但是发现其口服生物利用度低，不能开发成为口服药物。为了提高口服生物利用度，将游离的羧基优化为稳定的脂基化合物N。该化合物经口服，生物利用度大幅提高到80%左右，将它配制成磷酸盐形式就是我们熟知的奥司他韦。
图4
奥司他韦从研究立项到成功上市只用了7年的时间，这是近代新药研发史上很罕见的高效，也成为了基于结构的药物设计的经典案例。我们回顾奥司他韦的研发历程，不管是先导化合物的选择还是研发手段，都有很多值得新药研发工作者学习和借鉴的地方，也说明me-too，me-better 只要运用得当，也是新药研发的有效手段之一。
参考文献：
1. Rev. Med. Virol.,12,159-166;
2. Structure-based Design of Drugs and Other Bioactive Molecules: Tools and Strategies;
3. 新药研发案例研究，白东鲁，沈竞康；
4. 高等药物化学，白东鲁，陈凯先。
