水痘带状疱疹病毒（varicella zoster virus, VZV）是一种α疱疹病毒，初发感染时会引起水痘，从潜伏期再活化时会引起带状疱疹。目前，可使用减毒活毒株疫苗来预防这两个阶段的 VZV 疾病，并且已批准使用一种佐剂亚单位疫苗（adjuvant subunit vaccine）来预防带状疱疹。虽然小儿疫苗接种降低了带状疱疹的发病率，但是带状疱疹仍然很普遍。
根据美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Prevention, CDC）的数据，美国每年估计有 100 万例带状疱疹病例。高危人群包括 50 岁以上人群、移植受者、HIV感染者以及任何免疫系统受损的人。当 VZV 在皮肤中再活化时，会引起疼痛的含有大量传染性病毒的水泡状皮疹。
在皮疹出现后三天内给予抗病毒治疗最有效，有证据表明，及时抗病毒治疗可以减轻急性疼痛，加快伤口愈合，减少病毒脱落，降低疱疹性神经性疼痛的发生率。带状疱疹的一种主要并发症是带状疱疹后遗神经痛（postherpetic neuralgia），这是一种在皮疹愈合后持续数月至数年的神经性疼痛。治疗 VZV 感染亟需更有效、更安全的改良抗病毒药物。
目前，有几种核苷类似物可用于治疗 VZV 感染，包括阿昔洛韦（ACV）、伐昔洛韦（VACV）和泛昔洛韦（FCV）。这些核苷类似物作用于病毒 DNA 聚合酶，从而破坏病毒 DNA 的合成。它们以三磷酸形式发挥活性，需要 VZV 胸苷激酶和细胞酶来激活。这类药物对 VZV 的疗效不高，需要大剂量使用，而且长期使用会产生耐药性。西多福韦（CDV）是一种广谱核苷酸类似物，对 VZV 有活性。遗憾的是，肾毒性和缺乏口服生物利用度限制了 CDV 作为一线治疗药物的使用。在某些情况下，CDV 可在标签外用于治疗对ACV产生耐药性的 VZV。焦磷酸类似物膦甲酸（foscarnet）是另一种二线治疗方法，但它有许多有害的副作用。
为治疗 VZV 感染而发现的另一类化合物是尿苷的环状衍生物。曲氟尿苷（trifluridine）和碘苷（idoxuridine）主要用于局部治疗眼带状疱疹。溴乙烯类似物溴夫定（BVDU）已在欧洲获准用于治疗 VZV 感染，并具有很强的抗疱疹活性。与核苷类似物类似，BVDU 必须由VZV 胸苷激酶 转化为 5'-单磷酸和二磷酸形式。然后，细胞激酶进行最后一步转化，形成活性的5'-三磷酸形式（BVDU-TP）。BVDU-TP 作为一种竞争性抑制剂，选择性地与病毒 DNA 聚合酶发生作用，并被整合到病毒 DNA 中，导致链终止。与ACV或其药物前体（prodrug）相比，BVDU具有更好的抗病毒活性，因此所需的剂量更小。此外，BVDU 可以每天口服一次，因此比其他用于治疗 VZV 感染的药物更具吸引力。BVDU 的主要缺点是会在肝脏中分解为溴乙酰尿嘧啶（BVU）。BVU能够抑制降解胸苷和尿嘧啶的二氢嘧啶脱氢酶（DPD）。抗癌药物 5-氟尿嘧啶（5-FU）会被 DPD 分解，从而与溴夫定产生有害的药物相互作用。鉴于目前治疗 VZV 感染的处方药会产生不良反应，因此亟需安全有效的新型抗病毒药物来治疗 VZV 及其耐药株。
在一项新的研究中，来自美国佐治亚大学和上州医科大学的研究人员报道了一种尿苷衍生物，β-l-5-((E)-2-溴乙烯基)-1-((2S,4S)-2-(羟甲基)-1,3-(二氧戊环-4-基))尿嘧啶（l-BHDU），它是一种有效而安全的抗 VZV 药物。在人包皮成纤维细胞中，l-BHDU 对 VZV 有效，EC50 值为 0.25 μM。在人包皮成纤维细胞中，它的细胞毒性不超过 200 μM，选择性指数（selectivity index, SI）大于 909。在体内，与 ACV 和 VACV 相比，l-BHDU 能显著减少 VZV 的生长和传播。代谢研究表明，5-FU不会在接受l-BHDU治疗的小鼠体内蓄积。l-BHDU可能不会抑制DPD，其安全性可能优于溴夫定。相关研究结果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry期刊上，论文标题为“Prodrug Strategies for the Development of β-l-5-((E)-2-Bromovinyl)-1-((2S,4S)-2-(hydroxymethyl)-1,3-(dioxolane-4-yl))uracil (l-BHDU) against Varicella Zoster Virus (VZV)”。
为了提高l-BHDU的细胞生物利用度和吸收率，这些作者开发了一种氨基酸酯药物前体l-BHDU-l-缬氨酸（l-BHDU-l-valine），与母体分子l-BHDU-l相比，它具有更强的抗VZV活性。l-BHDU-l-缬氨酸的EC50值为0.03 μM，CC50大于200 μM。
受到这些发现的鼓舞，为了增强 l-BHDU 的药代动力学特征，这些作者探索了多种药物前体方法来提高 l-BHDU 抵抗 VZV 的效力。为此，他们介绍了多种 l-BHDU药物前体的合成和抗病毒评估，包括 13 种 5'-氨基酸酯药物前体、两种磷酰胺药物前体、两种长链磷脂药物前体、一种十八烷氧基乙基醚药物前体、一种十八烷氧基乙基醚药物前体和一种十八烷氧基乙基醚药物前体、 两种长链磷脂药物前体：l-BHDU 单磷酸十八氧乙基药物前体（ODE-l-BHDU-MP）和 l-BHDU 单磷酸十六氧丙基药物前体（HDP-l-BHDU-MP），以及两种磷酸酯药物前体（POM-l-BHDU-MP和 POC-l-BHDU-MP）。
开发基于核苷类似物的5'-氨基酸酯药物前体是广为人所知的，并且已知可以降低细胞毒性。这些作者以前的研究已表明，作为药物前体策略的一部分，添加氨基酸可提高生物利用度和载体介导的细胞转运，同时降低标准核苷的极性。
此外，已知磷酰胺、磷酸酯和长链磷脂药物前体都能提高核苷的抗病毒效力，同时克服限制速率的第一步---单磷酸化。例如，CDV 的 1-O- 十六烷氧基丙基和 1-O- 十八烷氧基乙基药物前体对 DNA 病毒的活性高于母体分子。由于具有亲脂性，磷脂药物前体的细胞摄取能力和口服生物利用度都有所提高，它们比标准 CDV 更有效地抑制病毒复制。然而，VZV 可感染多种人类细胞类型，并在神经细胞中潜伏。不幸的是，l-BHDU 的亲脂性不足以穿透神经细胞；因此，这些作者合成了十八烷氧基乙基-l-BHDU-MP（ODE-l-BHDU-MP）和十六烷氧基丙基-l-BHDU-MP（HDP-l-BHDU-MP）药物前体。
用十八烷氧基乙基（ODE）或十六烷氧基丙基（HDP）对 l-BHDU-MP 进行酯化，以提高其生物利用度和细胞渗透性，因为它们与细胞膜的磷脂相似。预计添加这些长碳链会提高这些化合物的吸收和细胞内转运。
迄今为止，美国食品药品管理局（FDA）已批准阿德福韦酯（POM）和富马酸替诺福韦（POC）分别用于治疗乙型肝炎病毒（HBV）和人类免疫缺陷病毒（HIV）感染。POM 或 POC 基团的亲脂性可提高 l-BHDU 的生物利用度和细胞吸收率。在POM和POC药物前体的代谢过程中，第一个 POM 酯基会发生降解，形成不稳定的羟甲基醇酸酯中间体，该中间体会发生化学重排并释放出甲醛。接着，第二个 POM 酯基被裂解，生成游离的核苷单磷酸（NMP）。同样，POC药物前体也会通过酶降解进行代谢。POC 的碳酸盐会被酯酶分解，产生不稳定的羧酸盐中间体，然后依次释放出二氧化碳和甲醛，生成游离的 NMP。根据这些策略，他们合成了 POM-l-BHDU-MP和 POC-l-BHDU-MP (47)药物前体 ，用于评估它们抵抗 VZV 的效果。
这些作者还计划开展更多研究，在更多与临床相关的系统（包括人体皮肤器官培养系统和 NuSkin 小鼠模型）中对这些化合物进行评估，并对这些药物前体的药代动力学进行详细研究，以便将它们选为潜在的临床候选药物。
参考资料：
Uma S. Singh et al. Prodrug Strategies for the Development of β-l-5-((E)-2-Bromovinyl)-1-((2S,4S)-2-(hydroxymethyl)-1,3-(dioxolane-4-yl))uracil (l-BHDU) against Varicella Zoster Virus (VZV). Journal of Medicinal Chemistry, 2023, doi:10.1021/acs.jmedchem.3c00545.
