background image

 

Antiviral Drugs 

I. OVERVIEW 

Viruses  are  obligate  intracellular  parasites.  They  lack  both  a  cell  wall  and  a  cell 
membrane, and they do not carry out metabolic processes. Viral reproduction uses much 
of  the  host’s  metabolic  machinery,  and  few  drugs  are  selective  enough  to  prevent  viral 
replication without injury to the host. 

II. TREATMENT OF RESPIRATORY VIRUS INFECTIONS 

Viral respiratory  tract  infections  for which treatments exist  include those of  influenza  A 
and B and respiratory syncytial virus (RSV). 

A. 

 Neuraminidase inhibitors 

Orthomyxoviruses  that  cause  influenza  contain  the  enzyme  neura-  minidase,  which  is 
essential to the life cycle of the virus. Viral neura- minidase can be selectively inhibited 
by  the  sialic  acid  analogs,  oseltamivir  and  zanamivir.  Oseltamivir  and  zanamivir  are 
effective against both  Type  A and  Type  B  influenza  viruses. They do  not  interfere  with 
the  immune  response  to  influenza  A  vaccine.  Administered  prior  to  exposure,  neura- 
inidase  inhibitors  m  prevent  infection,  and,  when  administered  within  the  first  24  to  48 
hours after the onset of infection, they have a modest effect on the intensity and duration 
of symptoms. 

1.  Mode  of  action:  Oseltamivir  and  zanamivir  are  transition-state  analogs  of  the  sialic 
acid substrate and serve as inhibitors of the enzyme activity. 

2. Pharmacokinetics: Oseltamivir is an orally active prodrug that is rapidly hydrolyzed by 
the liver to its active form. Zanamivir, on the other hand, is not active orally and is either 
inhaled or administered intranasally. Both drugs are eliminated unchanged in the urine. 

3. Adverse effects: The most common side effects of oseltamivir are gastrointestinal (GI) 
discomfort and  nausea. Zanamivir should  be avoided  in  individuals with severe  reactive 
asthma or chronic obstructive respiratory disease, because bronchospasm may occur with 
the risk of fatality. 


background image

 

4.  Resistance:  Mutations  of  the  neuraminidase  enzyme  have  been  identified  in  adults 
treated  with  either  of  the  neuraminidase  inhibitors.  These  mutants,  however,  are  often 
less infective and virulent than the wild type. 

B. Inhibitors of viral uncoating 

Amantadine  and  rimantadine,  is  limited  to  influenza  A  infections,  for  which  the  drugs 
have been shown to be equally effective in both treatment and prevention. For example, 
these drugs are 70 to 90 percent effective in preventing infection if treatment is begun at 
the  time  of,  or  prior  to,  exposure  to  the  virus.  Also,  both  drugs  reduce  the  duration  and 
severity  of  systemic  symptoms  if  started  within  the  first  48  hours  after  exposure  to  the 
virus. 

1. Mode of action: The primary antiviral mechanism of amantadine and rimantadine is to 
block the viral membrane matrix protein, M2, which functions as a channel for hydrogen 
ions.  This  channel  is  required  for  the  fusion  of  the  viral  membrane  with  the  cell 
membrane that ultimately forms the endosome (created when the virus is internalized by 
endocytosis). 

2.  Pharmacokinetics:  Both  drugs  are  well  absorbed  orally.  Amantadine  distributes 
throughout  the  body  and  readily  penetrates  into  the  central  nervous  system  (CNS), 
whereas  rimantadine  does  not  cross  the  blood-brain  barrier.  Rimantadine  is  extensively 
metabolized by the liver, and eliminated by the kidney. 

3. Adverse effects: Minor  neurologic symptoms  include  insomnia, dizziness, and ataxia. 
More serious side effects  have been  reported (for example,  hallucinations and seizures). 
The  drug  should  be  employed  cautiously  in  patients  with  psychiatric  problems. 
Rimantadine causes fewer CNS reactions, because it does not efficiently cross the blood-
brain barrier. 

4. Resistance: Resistance can develop rapidly  in  up to 50 percent of treated  individuals. 
Resistance  has been shown to  result  from  a change  in one amino acid of the M2  matrix 
protein. 

C. Ribavirin 

Ribavirin is a synthetic guanosine analog. Ribavirin is used in treating infants and young 
children  with  severe  RSV  infections.  [Note:  It  is  not  indicated  for  use  in  adults  with 


background image

 

RSV.]  Ribavirin  is  also  effective  in  chronic  hepatitis  C  infections  when  used  in 
combination with  interferon-α. Ribavirin  may reduce the  mortality and viremia of  Lassa 
fever. 

1. Mode of action: Ribavirin-triphosphate, which exerts  its antiviral action by  inhibiting 
guanosine  triphosphate  formation,  preventing  viral  messenger  RNA  (mRNA)  capping, 
and blocking RNA-dependent RNA polymerase.  

2.  Pharmacokinetics:  Ribavirin  is  effective  orally  and  intravenously.  Absorption  is 
increased if the drug is taken with a fatty meal. An aerosol is used in certain respiratory 
viral conditions such as the treatment of RSV infection. 

3.  Adverse  effects:  Side  effects  reported  for  oral  or  parenteral  use  of  ribavirin  have 
included  dose-dependent  transient  anemia.  Elevated  bilirubin  has  been  reported.  The 
aerosol may be safer, although respiratory function in infants can deteriorate quickly after 
initiation of aerosol treatment.  

III. TREATMENT OF HEPATIC VIRAL INFECTIONS 

The  hepatitis  viruses  thus  far  identified  (A,  B,  C,  D,  and  E)  each  have  a  pathogenesis 
specifically  involving  replication  in  and  destruction  of  hepatocytes.  Of  this  group, 
hepatitis  B  and  hepatitis  C  are  the  most  common  causes  of  chronic  hepatitis,  cirrhosis, 
and hepatocellular carcinoma. Chronic hepatitis B may be treated with peginterferonα-2a, 
which  is  injected  subcutaneously  once  weekly.  [Note:  Interferon-α2b  injected 
intramuscularly  or  subcutaneously  three  times  weekly  is  also  useful  in  the  treatment  of 
hepatitis  B,  but  peginteferon-α-2a  has  similar  or  slightly  better  efficacy.]  Oral  therapy 
includes  lamivudine,  adefovir,  entecavir,  tenofovir,  or  telbivudine.  In  the  treatment  of 
chronic  hepatitis  C,  the  preferred  treatment  is  the  combination  of  peginterferon-α-2a  or 
peginterferon-α-2b plus ribavirin. 

A. 

 Interferon 

Interferon  is  a  family  of  naturally  occurring,  inducible  glycoproteins  that  interfere  with 
the ability of viruses to infect cells. The interferons are synthesized by recombinant DNA 
technology. At least three types of interferons exist, α, β, and γ. One of the 15 interferon-
α  glycoproteins,  interferon-α-2b,  has  been  approved  for  treatment of  hepatitis  B  and  C, 
condylomata  acuminata,  and  cancers  such  as  hairycell  leukemia  and  Kaposi  sarcoma. 
Interferon-β  has  some  effectiveness  in  the  treatment  of  multiple  sclerosis.  In  so-called 


background image

 

“pegylated” formulations. The larger molecular size delays absorption from the injection 
site, lengthens the duration of action of the drug, and also decreases its clearance. 

1. 

 Mode  of  action:  It  appears  to  involve  the  induction  of  host  cell  enzymes  that 

inhibit  viral  RNA  translation,  ultimately  leading  to  the  degradation  of  viral  mRNA  and 
tRNA. 

2. 

 Pharmacokinetics:  Interferon  is  not  active  orally,  but  it  may  be  administered 

intralesionally, subcutaneously, or intravenously. Very little active compound is found in 
the plasma, and its presence is not correlated with clinical responses. Cellular uptake and 
metabolism by the liver and kidney account for the disappearance of interferon from the 
plasma. Negligible renal elimination occurs. 

3. 

 Adverse  effects:  Adverse  effects  include  flu-like  symptoms  on  injection,  such  as 

fever,  chills,  myalgias,  arthralgias,  and  GI  disturbances.  Fatigue  and  mental  depression 
are  common.  These  symptoms  subside  with  subsequent  administrations.  The  principal 
dose-limiting  toxicities  are  bone  marrow  suppression  including  granulo-  ytopenia;  c 
neurotoxicity  characterized  by  somnolence  and  behavioral  disturbances;  severe  fatigue 
and  weight  loss;  autoimmune  disorders  such  as  thyroiditis;  and,  rarely,  cardiovascular 
problems  such  as  congestive  heart  failure.  Acute  hypersensitivity  reactions  and  hepatic 
failure are rare. 

4. 

 Drug  interactions:  Interferon  interferes  with  hepatic  drug  metabolism,  and  toxic 

accumulations  of  theophylline  have  been  reported.  Interferon  may  also  potentiate  the 
myelosuppression caused by other bone marrow–depressing agents such as zidovudine. 

B. 

 Lamivudine 

This cytosine analog is an inhibitor of both hepatitis B virus (HBV) DNA polymerase and 
human  immunodeficiency  virus  (HIV)  reverse  transcriptase.  Lamivudine  must  be 
phosphorylated  by  host  cellular  enzymes  to  the  triphosphate  (active)  form.  This 
compound  competitively  inhibits  HBV  DNA  polymerase  at  concentrations  that  have 
negligible  effects  on  host  DNA  polymerase.  Lamivudine  is  well  absorbed  orally  and  is 
widely  distributed.  Its  plasma  half-life  is  about  9  hours.  Seventy  percent  is  excreted 
unchanged in urine. 

C. 

 Adefovir 


background image

 

Adefovir dipivoxil is a nucleotide analog that is phosphorylated to adefovir diphosphate , 
which  is  then  incorporated  into  viral  DNA.  This  leads  to  termination  of  further  DNA 
synthesis  and  prevents  viral  replication.  Adefovir  is  administered  once  a  day  and  is 
excreted  in  urine,  with  45  percent  as  the  active  compound.  Clearance  is  influenced  by 
renal  function.  Both  decreased  viral  load  and  improved  liver  function  have  occurred  in 
patients treated with adefovir. As with other agents, discontinuation of adefovir results in 
severe exacerbation of hepatitis in about 25 percent of patients. The drug should be used 
cautiously in patients with existing renal dysfunction. 

D. 

 Entecavir 

Entecavir is a guanosine analog approved for the treatment of HBV infections. Following 
intracellular  phosphorylation  to  the  triphosphate,  it  competes  with  the  natural  substrate, 
deoxyguanosine triphosphate, for viral reverse transcriptase. Entecavir has been shown to 
be effective against lamivudine-resistant strains of HBV. Liver inflammation and scarring 
are improved. Entecavir need only be given once a day. 

E. 

 Telbivudine 

Telbivudine  is  a  thymidine  analog  that  can  be  used  in  the  treatment  of  HBV.  Unlike 
lamivudine and adefovir, telbivudine is not active against HIV or other viruses. The drug 
is  phosphorylated  intracellularly  to  the  triphosphate.  The  drug  is  administered  orally, 
once a day, with or without food. Telbivudine is eliminated by glomerular filtration as the 
unchanged  drug,  and  no  metabolites  have  been  detected.  The  dose  must  be  adjusted  in 
renal failure. 

F. Tenofovir 

IV. TREATMENT OF HERPESVIRUS INFECTIONS 

A. Acyclovir 

Acyclovir  (acycloguanosine)  is  the  prototypic  antiherpetic  therapeutic  agent.  It  has  a 
greater  specificity  than  vidarabine  against  herpesviruses.  Herpes  simplex  virus  (HSV) 
Types  1  and  2,  varicella-zoster  virus  (VZV),  and  some  Epstein-Barr  virus–mediated 
infections are sensitive to acyclovir. It is the treatment of choice in HSV encephalitis. The 
most common use of acyclovir is in therapy for genital herpes infections. It is also given 
prophylactically before bone marrow and after heart transplants. 


background image

 

1. Mode of action: Acyclovir triphosphate competes with deoxyguanosine triphosphate as 
a  substrate  for  viral  DNA  polymerase  and  is  itself  incorporated  into  the  viral  DNA, 
causing  premature  DNA-chain  termination.  The  drug  is  less  effective  against  the  host 
enzyme. 

2. Pharmacokinetics: Administration of acyclovir can be by an intravenous (IV), oral, or 
topical route. The drug distributes well throughout the body, including the cerebrospinal 
fluid (CSF). Acyclovir is partially  metabolized to an inactive product. Excretion into the 
urine  occurs  both  by  glomerular  filtration  and  by  tubular  secretion.  Acyclovir 
accumulates in patients with renal failure. 

3.  Adverse  effects:  Side  effects  of  acyclovir  treatment  depend  on  the  route  of 
administration.  For  example,  local  irritation  may  occur  from  topical  application; 
headache,  diarrhea,  nausea,  and  vomiting  may  result  after  oral  administration.  Transient 
renal dysfunction  may occur at  high doses or  in a dehydrated patient  receiving  the drug 
IV.  High-dose  valacyclovir  can  cause  GI  problems  and  thrombotic  thrombocytopenic 
purpura in patients with AIDS. 

4.  Resistance:  Altered  or  deficient  thymidine  kinase  and  DNA  polymerases  have  been 
found  in  some  resistant  viral  strains  and  are  most  commonly  isolated  from 
immunocompromised patients. 

B. Cidofovir 

Cidofovir    is  approved  for  treatment  of  CMV-induced  retinitis  in  patients  with  AIDS. 
Cidofovir  is  a  nucleotide  analog  of  cytosine,  the  phosphorylation  of  which  is  not 
dependent  on  viral  enzymes.  It  inhibits  viral  DNA  synthesis.  Cidofovir  is  available  for 
IV, intravitreal (injection into the eye’s vitreous humor between the lens and the retina), 
and topical administration. Cidofovir produces significant toxicity to the kidney, and it is 
contraindicated  in  patients  with  preexisting  renal  impairment.  Neutropenia,  metabolic 
acidosis,  and  ocular  hypotony  also  occur.  Probenecid  must  be  co-administered  with 
cidofovir to reduce the risk of nephrotoxicity. Since the introduction of HAART (highly 
active antiretroviral therapy), the prevalence of CMV infections in immunocompromised 
hosts  has  markedly  declined,  and  the  importance  of  cidofovir  in  the  treatment  of  these 
patients has also diminished. 

C. Fomivirsen 


background image

 

Fomivirsen    is  oligonucleotide  directed  against  CMV  mRNA.  Its  use  is  limited  to  those 
who  cannot  tolerate  or  have  failed  other  therapies  for  CMV  retinitis.  The  drug  is 
administered  intravitreally.  The  common  adverse  effects  include  iritis,  vitritis,  and 
changes in vision. 

D. Foscarnet 

E. Ganciclovir 

Ganciclovir is an analog of acyclovir that has 8 to 20 times greater activity against CMV, 
which  is  the  only  viral  infection  for  which  it  is  approved.  It  is  currently  available  for 
treatment of CMV retinitis in immunocompromised patients and for CMV prophylaxis in 
transplant patients. 

1.  Mode  of  action:  Like  acyclovir,  ganciclovir  is  activated  through  conversion  to  the 
nucleoside triphosphate. The nucleotide competitively inhibits viral DNA polymerase and 
can be incorporated into the DNA, thereby decreasing the rate of chain elongation. 

2. Pharmacokinetics: Ganciclovir is administered IV and distributes throughout the body, 
including  the  CSF.  Excretion  into  the  urine  occurs  through  glomerular  filtration  and 
tubular  secretion.  Valganciclovir,  like  valacyclovir,  valganciclovir  has  high  oral 
bioavailability, because rapid hydrolysis in the intestine and liver after oral administration 
leads to high levels of ganciclovir. 

3.  Adverse  effects:  Adverse  effects  include  severe,  dose-dependent  neutropenia. 
Ganciclovir  is  carcinogenic  as  well  as  embryotoxic  and  teratogenic  in  experimental 
animals. 

4.  Resistance:  Resistant  CMV  strains  have  been  detected  that  have  lower  levels  of 
ganciclovir triphosphate . 

F. Penciclovir and famciclovir 

Penciclovir is active against HSV-1, HSV-2, and VZV. Penciclovir is only administered 
topically. It is monophosphorylated by viral thymidine kinase, and cellular enzymes form 
the  nucleoside  triphosphate,  which  inhibits  HSV  DNA  polymerase.  Penciclovir 
triphosphate  has  an  intracellular  half-life  20  to  30-fold  longer  than  does  acyclovir 
triphosphate. Famciclovir, is a prodrug that is metabolized to the active penciclovir. The 
antiviral  spectrum  is  similar  to  that  of  ganciclovir,  but  it  is  presently  approved  only  for 


background image

 

treatment  of  acute  herpes  zoster.  The  drug  is  effective  orally.  Adverse  effects  include 
headaches  and  nausea.  Studies  in  experimental  animals  have  shown  an  increased 
incidence of mammary adenocarcinomas and testicular toxicity. 

G. 

 Vidarabine (ara-A) 

Vidarabine  is active against  HSV

‐1, HSV-2, and VZV, its use is limited to treatment of 

immunocompromised  patients  with  herpetic  and  vaccinial  keratitis  and  in  HSV 
keratoconjunctivitis.  [Note:  Vidarabine  is  only  available  as  an  ophthalmic  ointment.] 
Vidarabine,  an  adenosine  analog,  is  converted  in  the  cell  to  its  5’-triphosphate  analog, 
which  is  postulated  to  inhibit  viral  DNA  synthesis.  Some  resistant  HSV  mutants  have 
been detected that have altered polymerase. 

H. 

 Trifluridine 

Trifluridine is a fluorinated pyrimidine nucleoside analog. It is structurally very similar to 
thymidine.  Trifluridine  is  active  against  HSV-1,  HSV-2,  and  vaccinia  virus.  It  is 
generally considered to  be the drug of choice  for treatment of  HSV keratoconjunctivitis 
and  recurrent  epithelial  keratitis.  Because  the  triphosphate  form  of  trifluridine  can  also 
incorporate to some degree into cellular DNA, the drug is considered to be too toxic for 
systemic  use.  Therefore,  the  use  of  trifluridine  is  restricted  to  topical  application  as  a 
solution  to  the  eye.  A  short  half-life  of  approximately  12  minutes  necessitates  that  the 
drug  be  applied  frequently.  Side  effects  include  a  transient  irritation  of  the  eye  and 
palpebral (eyelid) edema. 

V. OVERVIEW OF THE TREATMENT FOR HIV INFECTION 

Prior  to  approval  of  zidovudine  in  1987,  treatment  of  HIV  infections  focused  on 
decreasing  the  occurrence  of  opportunistic  infections  that  caused  a  high  degree  of 
morbidity and mortality in AIDS patients rather than on inhibiting HIV itself. Today, the 
viral  life  cycle  is  understood,  and  a  highly  active  regimen  is  employed  that  uses 
combinations  of  drugs  to  suppress  replication  of  HIV  and  restore  the  number  of  CD4+ 
cells and  immunocompetence to the  host.  This  multidrug regimen  is commonly  referred 
to  as  “highly  active  antiretroviral  therapy,”  or  HAART.  There  are  five  classes  of 
antiretroviral  drugs,  each  of  which  targets  one  of  four  viral  processes.  These  classes  of 
drugs  are  nucleoside  and  nucleotide  reverse  transcriptase  inhibitors  (NRTIs), 
nonnucleoside  reverse  transcriptase  inhibitors  (NNRTIs),  protease  inhibitors,  entry 


background image

 

inhibitors, and the integrase inhibitors. The current recommendation for primary therapy 
is  to  administer  two  NRTIs  with  either  a  protease  inhibitor,  an  NNRTI,  or  an  integrase 
inhibitor. Selection of the appropriate combination is based on 1) avoiding the use of two 
agents  of  the  same  nucleoside  analog;  2)  avoiding  overlapping  toxicities  and  genotypic 
and phenotypic characteristics of the  virus; 3) patient  factors, such as disease symptoms 
and  concurrent  illnesses;  4)  impact  of  drug  interactions;  and  5)  ease  of  adherence  to  a 
frequently  complex  administration  regimen.  The  goals  of  therapy  are  to  maximally  and 
durably suppress viral load replication, to restore and preserve immunologic function, to 
reduce HIV-related morbidity and mortality, and to improve quality of life.

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 174 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل