创造同时抑制SARS-CoV-2进入和复制的药物

导致COVID-19的呼吸道病毒SARS-CoV-2分多个步骤攻击人体。进入肺部深处的细胞并劫持人类宿主细胞的机制来大量复制自身是最早的两个步骤——这两个步骤对于病毒感染都是必不可少的。

一项新的研究表明，一些现有化合物既可以抑制主要蛋白酶(Mpro) (SARS-CoV-2在人体细胞内复制所需的关键病毒蛋白)，也可以抑制溶酶体蛋白酶组织蛋白酶L(一种对病毒进入宿主细胞很重要的人类蛋白质)，从而为设计对抗COVID-19的抗病毒药物提供了思路。这项研究是由南佛罗里达卫生大学(USF卫生)莫尔萨尼医学院和亚利桑那大学药学院,是11月6日科学的进步．

“如果我们能够开发出能够关闭或显著减少病毒进入和病毒复制这两个过程的化合物，这种双重抑制可能会增强这些化合物治疗冠状病毒感染的效力，”该研究的联合首席研究员Yu Chen博士说，他是USF健康分子医学副教授，具有基于结构的药物设计方面的专业知识。“打个比方，这就像一石二鸟。”

USF健康-亚利桑那大学(UA)的合作者建立在他们的基础上以前的工作该研究确定并分析了几种有前景的现有抗病毒药物作为治疗COVID-19的候选药物。所有被选中的候选药物都瞄准了Mpro，以阻止SARS-CoV-2在实验室培养的人类细胞内的复制。

其中两种化合物，钙蛋白酶抑制剂II和XII，在生化测试中对Mpro的活性不如另一种候选药物GC-376。然而，陈博士实验室的博士生、首席作者迈克尔·萨科(Michael Sacco)说，钙蛋白酶抑制剂，尤其是XII，在细胞培养中杀死SARS-CoV-2时，实际上比GC-376效果更好。

萨科说:“我们认为，如果这些钙蛋白酶抑制剂在抑制病毒的主要蛋白酶方面效果较差，那么它们一定是在做其他事情来解释它们的抗病毒活性。”他们从其他团队的研究中了解到，包括UA的合作者和研究联合首席研究员王军博士，钙蛋白酶抑制剂可以阻断其他蛋白酶，包括组织蛋白酶L，这是一种参与介导SARS-CoV-2进入细胞的关键人类宿主蛋白酶。

在这项最新的研究中，USF健康研究人员使用了先进的技术，特别是x射线晶体学，来可视化钙蛋白酶抑制剂II和XII如何与病毒蛋白Mpro相互作用。他们观察到calpain II抑制剂如预期的那样适合SARS-CoV-2主蛋白酶表面的靶向结合位点。出乎意料的是，他们还发现calpain XII抑制剂采用了一种独特的配置——被称为“反向结合姿势”——来紧紧贴合Mpro活性结合位点。(舒适的尺寸优化了抑制剂与目标病毒蛋白的相互作用，降低了帮助SARS-CoV-2增殖的酶活性。)

“我们的发现提供了有用的结构信息，帮助我们在未来如何设计更好的抑制剂来靶向这种关键的病毒蛋白，”陈博士说。

陈博士说，除了同时针对病毒蛋白酶Mpro和人蛋白酶组织蛋白酶L具有更高的效力(低剂量下的预期药物效果)外，双重抑制剂的另一个好处是它们有抑制耐药性的潜力。

SARS-CoV-2可以突变，或改变其靶向基因序列。这些病毒突变诱骗人类细胞，使病毒能够附着在细胞的表面膜上并插入其遗传物质，并可以改变病毒蛋白的形状以及它们与细胞内其他分子(包括抑制剂)的相互作用方式。

当病毒发生变异以继续繁殖时，它会对某种特定的抑制剂产生抗药性，从而降低该化合物的有效性。换句话说，如果病毒目标(锁)的基因序列发生变化，密钥(抑制剂)就不再适合那把特定的锁。但让我们假设一把钥匙可以打开两把锁来帮助预防COVID-19感染;在这种情况下，这两种锁分别是病毒靶蛋白Mpro和人类靶蛋白组织蛋白酶L。

“病毒很难同时改变两个锁定(两个药物靶点)，”陈博士说。“因此，双重抑制剂使抗病毒药物耐药性更难形成，因为即使病毒蛋白质发生了变化，这种类型的化合物对没有变化的人类宿主蛋白质仍然有效。”

USF亚利桑那大学健康研究小组继续微调现有的抗病毒候选药物，以提高它们的稳定性和性能，并希望将他们所学到的知识用于帮助设计新的COVID-19药物。他们的下一步工作将包括解决钙蛋白酶抑制剂与组织蛋白酶L在化学和结构上的相互作用。

王军，博士，UA药理学和毒理学副教授，是本文的通讯作者科学的进步陈博士为共同通讯作者。USF的这项工作部分得到了美国国立卫生研究院的资助。

参考:王志强，王志强，王志强，等。SARS-CoV-2主蛋白酶的结构和抑制揭示了开发Mpro和组织蛋白酶L双重抑制剂的策略。科学的进步．2020: eabe0751。doi:10.1126 / sciadv.abe0751

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