Cell Res：四种针对SARS-CoV-2新冠病毒的抑制剂

新冠病毒SARS-CoV-2自2019底在全球传播。截止今日，病毒引起的新冠肺炎确诊病例接近一千万例，累计死亡病例接近五十万例。抗病毒的两种主要方法是接种疫苗和使用抗病毒药物。注射疫苗后，人体的免疫系统会产生特异性反应，在以后暴露于病毒时会抵抗感染。抗病毒药则是用于治疗已经感染该病毒的病人。时至今日，针对SARS-CoV-2病毒的疫苗和药物还没有被开发出来。

近日，亚利桑那大学药学院王俊教授团队与犹他州立大学和南佛罗里达大学的合作者发现了四个针对SARS-CoV-2主要蛋白水解酶（M^pro）的抑制剂，包括博西泼韦 (boceprevir)、GC-376以及钙蛋白酶抑制剂II和XII (calpain inhibitors II and XII)，为SARS-CoV-2治疗剂的进开发提供了可能性。其中，博西泼韦 (boceprevir)是已经被FDA批准的用于治疗丙肝的药物；GC-376是处在研发阶段的兽药，用来治疗由冠状病毒引起的猫的传染性腹膜炎的感染；钙蛋白酶抑制剂II和XII (calpain inhibitors II and XII) 目前还处在早期研发阶段。

科学家们通过研究已经发现SARS-CoV-2病毒基因组包含许多结构蛋白（例如衣壳棘突糖蛋白）、非结构蛋白（例如3-胰凝乳蛋白酶样蛋白酶（3CL或主要蛋白酶M^pro）、木瓜蛋白酶样蛋白酶 (PL^pro)、解旋酶和 RNA依赖性RNA聚合酶）和辅助蛋白。其中M^pro通过在11个以上的位点消化病毒多蛋白，在冠状病毒复制中起着至关重要的作用。M^pro对P1位点（Leu-Gln↓（Ser，Ala，Gly））的谷氨酰胺有独特的底物选择性，这是紧密相关的宿主蛋白酶所不具备的功能，为靶向进攻病毒，实现高选择性药物提供了可能。

王俊教授团队和合作者的研究专注于病毒3CL蛋白酶（M^pro），旨在开发作为SAR-CoV-2抗病毒剂的M^pro抑制剂。作者首先将SARS-CoV-2株BetaCoV / Wuhan / WIV04 / 2019的M^pro基因插入pET-29a(+)载体中并在BL21(DE3)大肠杆菌中表达。基于以上结果，作者进一步使用Ni-NTA柱纯化M^pro蛋白至高纯度。为了建立FRET检测条件，他们使用SARS-CoV-2的病毒多肽NSP4-NSP5连接之间的序列设计了一个基于FRET的底物：Dabcyl-KTSAVLQ / SGFRKME。在建立FRET检测条件的情况下，他们对有生物活性的小分子化合物库进行了高通量的筛选，以鉴定潜在的SARS-CoV-2M^pro抑制剂。最后，四种抑制剂显示出对M^pro有很好的抑制效果。这四个化合物包括博西泼韦 (boceprevir)、GC-376以及钙蛋白酶抑制剂II和XII (calpain inhibitors II and XII)，其具体作用机理也通过酶活性实验和非变性质谱分析 (native mass spectrometry) 得到了详细阐述。这四个化合物不仅对M^pro的水解酶活性具有很好的抑制效果，而且在细胞实验中可以很有效的抑制新型冠状病毒 (SARS-CoV-2) 的复制。此项工作为抗击新冠病毒和治疗由此引起的新冠肺炎提供新的策略和治疗方案，其中博西泼韦 (boceprevir) 有望进入临床试验。由于博西泼韦已经是上市药物，其剂量和毒副作用有大量参考，可以用来作为临床试验设计的依据。GC-376可以用来作为动物实验的候选药物，因为这个化合物已经在猫动物实验中对急性腹膜炎感染显示出很好的体内活性。钙蛋白酶抑制剂II和XII (calpain inhibitors II and XII) 的发现具有新颖性，因为这两个化合物同时可以作用于两个药物靶点：新冠病毒的主要水解酶（M^pro）和宿主的组织蛋白酶（cathepsin L)。前期研究表明宿主的组织蛋白酶 (cathepsin L) 在新冠病毒进入细胞以及病毒的RNA释放起到关键性作用。用一个化合物同时抑制新冠病毒的主要水解酶（M^pro）和宿主的组织蛋白酶 (cathepsin L) 可以起到一石二鸟的作用。王俊教授团队目前正在对钙蛋白酶抑制剂II和XII (calpain inhibitors II and XII) 进行结构优化以提高其活性及药代。

Table 1: Antiviral activity of hits against SARS-CoV-2 and the comparison with recently reported M^pro inhibitors.

在这项工作中，王俊教授团队和陈瑜教授团队也解析了GC-376和新冠病毒的主要蛋白水解酶（M^pro）的晶体结构。晶体结构显示GC-376跟主要蛋白水解酶的Cys145形成共价结合。根据进攻位点的不同可以形成R和S两种构象，从而解释了GC-376跟主要蛋白水解酶的高亲和力。这个结构也为后续的理性设计提供了基础。

这一成果近期发表于自然出版集团旗下的杂志Cell Research，文章的第一作者是亚利桑那大学的博士后马春龙，南佛罗里达大学的陈瑜教授和亚利桑那大学的王俊教授为论文的共同通讯作者。

原文：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0356-z

Boceprevir, GC-376, and calpain inhibitors II, XII inhibit SARS-CoV-2 viral replication by targeting the viral main protease

Chunlong Ma, Michael Dominic Sacco, Brett Hurst, Julia Alma Townsend, Yanmei Hu, Tommy Szeto, Xiujun Zhang, Bart Tarbet, Michael Thomas Marty, Yu Chen, Jun Wang

Cell Res., 2020, DOI: 10.1038/s41422-020-0356-z

王俊教授团队欢迎对药物研发和设计感兴趣的有志青年加入，有意者请直接联系王教授：

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