中科院等多团队基于冠状病毒主蛋白酶三维结构 开发出新型抗新冠候选药物

据Medicalxpress报道，一个中国科学家团队最近开发了两种抑制SARS-CoV-2主蛋白酶（Mpro）的新型化合物，其中一种是进一步临床研究的良好药物候选物。

该研究于4月22日在线发表在《科学》（Science）杂志上，题为“Structure-based design of antiviral drug candidates targeting the SARS-CoV-2 main protease”。由中国科学院上海药物研究所（SIMM）的柳红教授、许叶春教授，上海工业大学高级免疫化学研究所杨海涛教授，中国科学院武汉病毒研究所张磊砢教授及其他合著者进行。

截至4月22日，全球新冠确诊病例已超过250万例，超过17万人死亡。目前尚无可用于预防和治疗新冠的临床有效疫苗或特定抗病毒药物。

新冠病毒是引起全球COVID-19爆发的病原体，是一种有包膜的、单正链RNA病毒，SARS-CoV-2主蛋白酶在其生命周期中起着至关重要的作用：入侵细胞后，新冠病毒会立即利用细胞内的物质合成自身复制必需的两条超长复制酶多肽（pp1a和pp1ab）。这两条复制酶多肽需要被剪切成多个零件（如RNA依赖的RNA聚合酶、解旋酶等等）；这些零件进一步组装成一台庞大的复制转录机器，然后病毒才能启动自身遗传物质的大量复制。而由于SARS-CoV-2主蛋白酶没有人类同源物，它将成为理想的抗病毒药物靶标——抑制这种酶的活性，将有效阻止病毒复制。

在分析了SARS-CoV-2主蛋白酶的底物结合口袋（the substrate-binding pocket）后，基于冠状病毒主蛋白酶三维结构，科学家设计并合成了两个拟肽类化合物11a和11b。然后，使用基于荧光共振能量转移（FRET）的裂解试验确定其IC50值。结果显示对11a和11b均在体外展示出对SARS-CoV-2 Mpro极佳的抑制活性，IC50值分别为0.053±0.005μM和0.040±0.002μM。

图1新型SARS-CoV-2主蛋白酶抑制剂的设计策略以及化合物11a和11b的化学结构。

研究人员还利用免疫荧光、实时定量PCR和噬菌斑检测来监测11a和11b的抗病毒活性。结果全部表明化合物11a和11b在细胞培养中表现出良好的抗SARS-CoV-2感染活性（例如，使用噬斑测定时EC50值分别为0.53±0.01μM和0.72±0.09μM）。另外，这些化合物在体内显示出良好的内药代动力学性质和安全性，表明它们是有前途的候选药物。同时，化合物11a的较低毒性使其特别有前途。

图2：化合物11a（A）和11b（B）对SARS-CoV-2 Mpro的抑制活性图。

为了理清SARS-CoV-2主蛋白酶在化合物11a和11b中的抑制机制，科学家确定了复合物Mpro-11a（PDB：6LZE）和Mpro-11b（PDB：6M0K）的高分辨率晶体结构，其浓度为1.5 -A（解析度） 。这些复合物的高解析度率晶体结构，不仅证明了SARS-CoV-2 Mpro-11a / 11b的相互作用，而且揭示了新冠病毒抑制的机理。这是全球首次解析新冠病毒“主蛋白酶-N3”三维空间结构——对这些复合物进行高分辨率分析，对药物化学家设计抗新冠新型抑制剂很有用。

图3：11a和11b的Mpro-抑制剂结合模式。

图4. SARS-CoV和SARS-CoV-2 Mpro中抑制剂结合模式的比较。

这项研究表明，基于结构的药物设计是设计针对新冠肺炎特定抗病毒药物的有效策略。目前正在进行化合物11a的临床前研究。研究小组已决定与世界各地的科学家分享其研究数据，以加快抗新冠药物的开发。

此外，其他国家的科学家们也一直在努力寻找有效的病毒抑制剂。此前3月20日，《科学》（Science）杂志发表了德国吕贝克大学生物化学研究所Rolf Hilgenfeld等人的研究，他们通过对新冠病毒主要蛋白酶结构的解析，对此前的抑制剂进行了优化，并认为一种名为13b的α-酮酰胺抑制剂显示出明显的肺向性，并且适用于通过吸入途径给药。

而在最新的研究中，柳红/许叶春/蒋华良等人领导的研究团队完成了化合物的设计、合成，并对酶的抑制活性进行了评价。由杨海涛和饶子和教授带领的团队完成化合物与靶蛋白复合物晶体结构的解析工作，确定了高分辨率的晶体结构。张磊砢和肖庚富测试了抗病毒活性。中科院上海药物所与中国药科大学联合培养博士生戴文豪、上海科技大学免疫化学研究所副研究员张兵博士、武汉病毒所硕士研究生姜夏铭和中科院上海药物所博士生苏海霞为本文的共同第一作者。

这项研究也得到了国家科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国工程院-马云基金会、上海科学技术委员会、广西壮族自治区科技厅以及前沿生物药业(南京)股份有限公司的资助。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://medicalxpress.com/news/2020-04-structure-based-antiviral-drug-candidates-sars-cov-.html

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/21/science.abb4489

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/03/20/science.abb3405