SARS-CoV-2是造成COVID-19大流行的病原體，SARS-CoV-2攜帶近30 kb的RNA基因組，編碼四種結(jié)構(gòu)蛋白（刺突、包膜、膜和核衣殼）、兩個重疊多蛋白（pp1a和pp1ab）以及幾個輔助因子。這兩種多蛋白被兩種病毒半胱氨酸蛋白酶，主蛋白酶（Mpro，也稱為3-糜蛋白酶樣蛋白酶，3CLpro）和木瓜樣蛋白酶（PLpro）自動水解成16個非結(jié)構(gòu)蛋白（NSP1- NSP16），對病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是必需的。
抗病毒藥物的主要目的是針對上述不同階段，通過抑制或干擾其感染或復(fù)制過程阻斷病毒的感染和傳播，根據(jù)藥物靶點的不同，將抗病毒藥物分為以病毒蛋白為靶點的直接抗SARS-CoV-2藥物，以及以宿主細胞蛋白為靶點的間接抗SARS-CoV-2藥物。
近年來，以病毒蛋白為靶點的直接抗SARS-CoV-2藥物的研發(fā)層出不窮，從Mpro抑制劑帕西洛韋（Paxlovid）到Mpro降解劑HP211206，新型冠狀病毒藥物的研發(fā)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。
01
關(guān)于SARS-CoV-2
席卷全球的新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)由一種新型單鏈RNA冠狀病毒引起，該病毒被命名為嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。SARS-CoV-2是一種有包膜的正鏈單股RNA病毒，與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒1（SARS-CoV-1）和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）相似。
冠狀病毒進入宿主細胞的過程，依賴于刺突蛋白（Spike protein）與宿主細胞表面血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）受體的結(jié)合，之后通過受體引導(dǎo)的內(nèi)吞作用進入細胞，釋放病毒基因組，完成病毒聚合酶的轉(zhuǎn)錄，進行基因組復(fù)制和結(jié)構(gòu)蛋白的合成，最后組裝成完整的病毒顆粒，通過胞吐作用被釋放到胞外完成增殖。其基因組進入宿主細胞后，會借助宿主細胞機制編碼出非結(jié)構(gòu)蛋白：如3C樣胰凝乳蛋白酶(3-chymotrypsin-like protease，3CLpro)、木瓜樣蛋白酶(papain-li ke protease，PLpro，nsp3)、解旋酶(helicase)和RNA依賴性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RdRp)及結(jié)構(gòu)蛋白：如刺突糖蛋白(spike protein)和輔助蛋白(accessory protein)，以進行病毒復(fù)制(圖1)。
02
潛在靶點及治療藥物
SARS-CoV-2感染宿主細胞的機制是通過病毒附著、融合、滲透、脫殼、轉(zhuǎn)錄、翻譯和病毒粒子釋放等一系列過程進行增殖，抗病毒藥物的主要目的是針對上述不同階段，通過抑制或干擾其感染或復(fù)制過程，阻斷病毒的感染和傳播。因此，針對藥物靶點的不同，可以將抗病毒藥物分為以突刺蛋白、3CLpro、PLpro和RdRp等病毒蛋白為靶點的直接抗SARS-CoV-2藥物，以及以ACE2和TMPPSS2宿主細胞蛋白為靶點的間接抗SARS-CoV-2藥物。
現(xiàn)階段針對SARS-CoV-2的口服小分子藥物已取得突破性進展，多種治療藥物已進入Ⅲ期臨床試驗。吉利德研發(fā)的瑞德西韋（Remdesivir）及輝瑞研發(fā)的帕西洛韋（Paxlovid）(圖1）分別是首 個上市的RdRp及3CLpro的抑制劑。
圖1. SARS-CoV-2 生命周期及有效抑制靶點
03
Mpro：COVID-19治療的潛在靶點
Mpro是新型冠狀病毒（2019-nCoV, SARS-CoV-2）產(chǎn)生的主要的蛋白酶，冠狀病毒大多數(shù)功能蛋白（非結(jié)構(gòu)蛋白）由ORF1ab基因編碼，先翻譯成一個多蛋白體（7096aa），再由Mpro切割成多個有活性的蛋白如病毒復(fù)制蛋白RdRp。
此外，該蛋白可能切割胞內(nèi)蛋白NEMO（NF-κB 必須調(diào)節(jié)劑，亦稱 IKKγ），從而抑制干擾素信號途徑的活化。因此，拮抗Mpro能夠有效抑制病毒的感染與復(fù)制。所以，Mpro是抗病毒藥物研發(fā)的關(guān)鍵靶點。目前，對靶向SARS-CoV-2 Mpro的藥物開發(fā)研究主要是通過抑制Mpro的活性，從而阻止多聚蛋白形成非結(jié)構(gòu)蛋白，最終抑制SARS-CoV-2的復(fù)制。
目前，已經(jīng)上市的Mpro抑制劑有輝瑞研發(fā)的帕西洛韋（Paxlovid）。Paxlovid是由Mpro抑制劑PF-07321332與低劑量Ritonavir（利托那韋）組成的復(fù)方制劑(圖2）。PF-07321332旨在阻止新冠病毒的繁殖，而Ritonavir則減緩PF-07321332在體內(nèi)的分解，以使其在體內(nèi)保持較長時間和較高濃度的活性，幫助對抗病毒。
有了輝瑞的"代言"后，Mpro已成為抗新冠口服藥物中最火熱的靶標，針對Mpro的研究層出不窮，針對Mpro的新型冠狀病毒藥物的研發(fā)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。
圖2. PF-07321332（左） 與 Ritonavir（右）結(jié)構(gòu).
04
靶向蛋白降解技術(shù)
靶向蛋白降解最近已成為一種替代抑制劑的新藥理學機制，與傳統(tǒng)的占據(jù)驅(qū)動的藥理學相比，其具有潛在的優(yōu)勢。蛋白的靶向降解可以通過開發(fā)靶向蛋白降解嵌合體（Proteolysis-targeting chimeras，PROTAC）分子來實現(xiàn)。PROTAC（圖3）是一種雙功能分子，其一端靶向目標蛋白，另一端招募E3泛素連接酶，使目標蛋白被泛素化，最終通過泛素-蛋白酶途徑降解目標蛋白。該原理已成功地應(yīng)用到多個目標靶點，包括激酶（RIPK2、BTK、BCR-ABL、CDK9）和轉(zhuǎn)錄酶（BRD4、BRD9、TRIM24）以及很多其它蛋白，該技術(shù)已被各大制藥企業(yè)廣泛部署為重要的新藥發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)略，如諾華、艾伯維和吉利德等。
圖3. PROTAC作用機制
由于在癌癥和抗病毒藥物發(fā)現(xiàn)中都具有靶標特異性和耐藥性的類似挑戰(zhàn)，靶向蛋白降解可能有利于開發(fā)新的抗病毒藥物。由于其作用機制是事件驅(qū)動型，蛋白酶體降解在動力學上是不可逆的，使得PROTAC分子可以以低劑量實現(xiàn)多個靶分子的降解。與傳統(tǒng)的小分子抑制劑相比，PROTAC的作用方式已被證明可提高靶標選擇性、高效率以及更低的脫靶效應(yīng)。
因此，PROTAC分子可能會表現(xiàn)出相對于常規(guī)抑制劑的不同性質(zhì)，故在針對多功能病毒靶標方面可能有特別的效果。此外，靶向蛋白降解可能降解許多“不可成藥”的病毒蛋白，或功能未知的病毒蛋白。因此，靶向蛋白降解技術(shù)可能為開發(fā)針對SARS-CoV-2病毒的藥物，提供新的解決方案。
05
首 個Mpro降解劑HP211206
上述小分子可逆的Mpro功能抑制的一種可能的替代方法是通過泛素?蛋白酶體系統(tǒng)的蛋白降解機制，來降解和去除Mpro。這可能通過靶向嵌合體的蛋白質(zhì)水解（PROTACs）來實現(xiàn)，這種策略已被證明可以降解與病毒相關(guān)的蛋白質(zhì)，如肝炎和流感。然而，尚未用于SARS-CoV-2的蛋白質(zhì)降解。
近日，香港中文大學醫(yī)學院報道了一種新的異雙功能小分子的設(shè)計、合成和生物學特性。研究人員設(shè)計并合成了異雙功能分子HP211206，作為SARS-CoV-2病毒蛋白的小分子降解物。該分子可有效降解HEK 293T細胞中的SARS-CoV-2 Mpro及其耐藥突變體，從而體現(xiàn)其作為抗SARS-CoV-2藥物的潛在價值（圖4）。這項研究展示了一種在COVID-19大流行中，發(fā)揮干預(yù)作用的重要蛋白質(zhì)的化學策略。
圖4. HP211206化學誘導(dǎo)的泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解SARS-CoV-2 Mpro
至今，新冠病毒肺炎藥物的研發(fā)仍進行地如火如荼，靶向蛋白降解技術(shù)為其帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。我們有理由相信，未來將有更多關(guān)于SARS-CoV-2靶點的新突破。
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