The acquired immune deficiency syndrome (AIDS) is thought to result from infection of T cells by a pathogenic human retrovirus, human T-lymphotropic virus type III (HTLV-III) or lymphadenopathy-associated virus (LAV). In this report, we describe the antiviral effects of a thymidine analogue,3'-azido-3'-deoxythymidine (BW A509U), which, as a triphosphate, inhibits the reverse transcriptase of HTLV-III/LAV. This agent blocks the expression of the p24 gag protein of HTLV-III/LAV in H9 cells following exposure to virus. The drug also inhibits the cytopathic effect of HTLV-IIIB (a virus derived from a pool of American patients) and HTLV-III/RF-II (an isolate obtained from a Haitian patient that differs by about 20% in the amino acid sequence of the envelope gene from several isolates of HTLV-III/LAV, including HTLV-IIIB, analyzed so far). 3'-Azido-3'-deoxythymidine also completely blocks viral replication as assessed by reverse transcriptase production in normal human peripheral blood mononuclear cells exposed to HTLV-IIIB. Finally, at concentrations of 3'-azido-3'-deoxythymidine that block the in vitro infectivity and cytopathic effect of HTLV-IIIB, the in vitro immune functions of normal T cells remain basically intact.

The thymidine analog 3'-azido-3'-deoxythymidine (BW A509U, azidothymidine) can inhibit human immunodeficiency virus (HIV) replication effectively in the 50-500 nM range [Mitsuya, H., Weinhold, K. J., Furman, P. A., St. Clair, M. H., Nusinoff-Lehrman, S., Gallo, R. C., Bolognesi, D., Barry, D. W. & Broder, S. (1985) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82, 7096-7100]. In contrast, inhibition of the growth of uninfected human fibroblasts and lymphocytes has been observed only at concentrations above 1 mM. The nature of this selectivity was investigated. Azidothymidine anabolism to the 5'-mono-, di-, and -triphosphate derivatives was similar in uninfected and HIV-infected cells. The level of azidothymidine monophosphate was high, whereas the levels of the di- and triphosphate were low (less than or equal to 5 microM and less than or equal to 2 microM, respectively). Cytosolic thymidine kinase (EC 2.7.1.21) was responsible for phosphorylation of azidothymidine to its monophosphate. Purified thymidine kinase catalyzed the phosphorylations of thymidine and azidothymidine with apparent Km values of 2.9 microM and 3.0 microM. The maximal rate of phosphorylation with azidothymidine was equal to 60% of the rate with thymidine. Phosphorylation of azidothymidine monophosphate to the diphosphate also appeared to be catalyzed by a host-cell enzyme, thymidylate kinase (EC 2.7.4.9). The apparent Km value for azidothymidine monophosphate was 2-fold greater than the value for dTMP (8.6 microM vs. 4.1 microM), but the maximal phosphorylation rate was only 0.3% of the dTMP rate. These kinetic constants were consistent with the anabolism results and indicated that azidothymidine monophosphate is an alternative-substrate inhibitor of thymidylate kinase. This conclusion was reflected in the observation that cells incubated with azidothymidine had reduced intracellular levels of dTTP. IC50 (concentration of inhibitor that inhibits enzyme activity 50%) values were determined for azidothymidine triphosphate with HIV reverse transcriptase and with immortalized human lymphocyte (H9 cell) DNA polymerase alpha. Azidothymidine triphosphate competed about 100-fold better for the HIV reverse transcriptase than for the cellular DNA polymerase alpha. The results reported here suggest that azidothymidine is nonselectively phosphorylated but that the triphosphate derivative efficiently and selectively binds to the HIV reverse transcriptase. Incorporation of azidothymidylate into a growing DNA strand should terminate DNA elongation and thus inhibit DNA synthesis.

Significance Since SARS-CoV-2 emerged in China, it has spread rapidly around the world. Effective vaccines and therapeutics for SARS-CoV-2−induced disease (coronavirus disease 2019;COVID-19) are urgently needed. We found that SARS-CoV-2 isolates replicate efficiently in the lungs of Syrian hamsters and cause severe pathological lesions in the lungs of these animals similar to commonly reported imaging features of COVID-19 patients with pneumonia. SARS-CoV-2−infected hamsters mounted neutralizing antibody responses and were protected against rechallenge with SARS-CoV-2. Moreover, passive transfer of convalescent serum to naïve hamsters inhibited virus replication in their lungs. Syrian hamsters are a useful small animal model for the evaluation of vaccines, immunotherapies, and antiviral drugs.

Human T-lymphotropic virus type III (HTLV-III)/lymphadenopathy-associated virus (LAV) is a a newly discovered lymphotropic retrovirus that is cytopathic for helper/inducer T cells in vitro. This virus is the etiologic agent of the acquired immunodeficiency syndrome and related diseases. In the current study, we tested the capacity of purine and pyrimidine nucleoside derivatives to inhibit the infectivity and cytopathic effect of human T-lymphotropic virus type III in vitro. With the ribose moiety of the molecule in a 2',3'-dideoxy configuration, every purine (adenosine, guanosine, and inosine) and pyrimidine (cytidine and thymidine) nucleoside tested suppressed the virus, although the thymidine derivative seemed to have substantially less activity in our system than the others. In general, we observed essentially complete suppression of the virus at doses that were lower by a factor of 10 to 20 than those needed to inhibit the proliferation of the target T cells and the immune reactivity of normal T cells in vitro. An analysis of five adenosine congeners, which differed only in the sugar moiety, revealed that reduction (an absence of hydroxyl determinants) at both the 2' and 3' carbons of the ribose was necessary for an anti-viral effect, and an additional reduction at the 5' carbon nullified the anti-viral activity. These observations may be of value in developing a new class of experimental drugs for the therapy of human T-lymphotropic virus type III infections.

Nuclease-resistant phosphorothioate analogs of certain oligodeoxynucleotides have been tested in vitro as antiviral agents against human immunodeficiency virus (HIV) in human T cells. Phosphorothioate analogs complementary to HIV sequences, as well as noncomplementary analogs including homooligomers, exhibited potent antiviral activity. The antiviral activity was related to the base composition of the analogs, and longer phosphorothioates were more effective than shorter ones. A 28-mer phosphorothioate oligodeoxycytidine (S-dC28) at a concentration of 1 microM exhibited potent antiviral activity and inhibited de novo viral DNA synthesis as shown by Southern blot analysis. However, S-dC28 failed to inhibit gag expression in chronically infected T cells assessed by immunofluorescent assay at concentrations up to 25 microM. An N3-methylthymidine-containing phosphorothioate analog, which does not hybridize efficiently in vitro to complementary normal DNA, showed no antiviral activity. A 14-mer phosphorothioate oligodeoxycytidine (S-dC14) synergistically enhanced the antiviral activity of 2',3'-dideoxyadenosine, an anti-HIV nucleoside. Therefore, phosphorothioate analogs of oligodeoxynucleotides could represent a unique class of experimental therapeutic agents against the acquired immunodeficiency syndrome and related diseases. However, their mechanism of action is likely to be complex.

Five dose regimens of 2',3'-dideoxycytidine (ddC) were administered, intravenously for 2 weeks then orally for 4 or more weeks, to 20 patients with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) or AIDS-related complex (ARC). ddC was well absorbed from the gut and crossed the blood-brain barrier. 10 of the 15 patients who received 0·03-0·09 mg/kg every 4 h had increases in their absolute number of T4+ T cells at week 2 (p < 0·05), though in many these rises were not sustained. 11 of 13 evaluable patients had a fall in their serum human immunodeficiency virus (HIV) p24 antigen by week 2 of therapy (p < 0·01); in 4 patients the p24 antigen subsequently rose to baseline while in others the decline was sustained. Dose-related toxic effects included cutaneous eruptions, fever, mouth sores, thrombocytopenia, and neutropenia. A reversible painful peripheral neuropathy developed in 10 patients after 6-14 weeks' treatment. These results suggest that ddC has activity against HIV in vivo and has a different toxicity profile from that of zidovudine (AZT). 6 patients with AIDS or ARC were given an alternating regimen of oral AZT (200 mg every 4 h for 7 days) and oral ddC (0·03 mg/kg every 4 h for 7 days). The regimen was well tolerated, and the 5 patients who completed 9 or more weeks of treatment had sustained rises in their T4+ T cells and/or falls in p24 antigen.

The first step in the infection of human T lymphocytes by human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is attachment to the target cell receptor, the CD4 antigen. This step may be vulnerable to attack by antibodies, chemicals, or small peptides. Dextran sulfate (molecular weight approximately 8000), which has been given to patients as an anticoagulant or antilipemic agent for more than two decades, was found to block the binding of virions to various target T lymphocytes, inhibit syncytia formation, and exert a potent inhibitory effect against HIV-1 in vitro at concentrations that may be clinically attainable in human beings. This drug also suppressed the replication of HIV-2 in vitro. These observations could have theoretical and clinical implications in the strategy to develop drugs against HIV types 1 and 2.

The purine analog 2′,3′-dideoxyinosine (ddI), which has anti-retroviral activity in vitro was administered for up to 42 weeks to 26 patients with acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) or severe AIDS-related complex (ARC). Ten of these individuals were AZT-intolerant. Eight dose regimens were studied. The drug was orally bioavailable and penetrated into the cerebrospinal fluid (CSF). Comparatively little evidence of an effect against human immunodeficiency virus (HIV) was seen at the lowest four doses. However, patients in the four highest dose groups (ddI at 1.6 milligrams per kilogram intravenously and then ≥ 3.2 milligrams per kilogram orally at least every 12 hours or higher) had increases in their circulating CD4 + T cells (P < 0.0005), increased CD4/CD8 T cell ratios (P < 0.01), and, where evaluable, more than an 80% decrease in serum HIV p24 antigen (P < 0.05). The patients also had evidence of improved immunologic function, had reduced viremic symptomatology, and gained a mean of 1.6 kilogram with these comparatively infrequent dosing schedules (every 8 or 12 hours). The most notable adverse effects directly attributable to ddI administration at the doses used in this study included increases in serum uric acid (due to hypoxanthine release) and mild headaches and insomnia. These results suggest that serious short-term toxicity at therapeutic doses is not an inherent feature in the profile of agents with clinical anti-HIV activity. Further controlled studies to define the safety and efficacy of this agent may be worth considering.