港大发现含铋药物与乙酰半胱氨酸药物组合「鸡尾酒疗法」

 叶志成×范港喜基金教授（生物无机化学）孙红哲教授及其研究团队。右起：王素玉女士、李洪艳博士、孙红哲教授、王润铭博士、袁硕峰博士和陈福和医生。

(原新闻稿已于1月18日发布)

由香港大学（港大）理学院化学系叶志成范港喜基金教授（生物无机化学）孙红哲，以及李嘉诚医学院微生物学系助理教授袁硕峰博士率领的研究团队，发现基于胶体枸橼酸铋（CBS）和乙酰半胱氨酸（NAC）的组合药物CBS+3NAC，实现了通过口服给药的方式显著抑制在动物感染模型中的新冠病毒复制和繁殖，缓解病毒性肺部炎症的治疗效果。乙酰半胱氨酸的引入，使具有抗病毒活性但在胃酸环境下易沉淀的铋剂在胃部得以相对稳定地存在，促进了铋剂的口服吸收，进而增强其抗病毒效力。同时，此种口服新冠药物组合具有多靶点的抑制作用，可有效针对新冠病毒及其变异株，以及其它相关的冠状病毒。该发现有望推动无机金属药物领域和抗新冠病毒药物研究领域的进一步发展。此项突破性的研究目前已于国际学术期刊《化学科学》(Chemical Science) 发表，并已申请美国专利。

研究背景

由严重急性呼吸道综合症冠状病毒2型（SARS-CoV-2）引发的2019冠状病毒病（COVID-19）已在全球造成超过三亿的确诊病例，夺走逾五百四十万人的生命（截止2022年01月11日），对全球健康、经济、政治造成了无可估量的损失。尽管新冠疫苗已在各个国家大规模接种，但全球疫情依然持续升温，而好像奥密克戎（Omicron）、德尔塔（Delta) 等传染性更强的新冠病毒变异株的出现，让科学家和临床医生更加急切地寻找能安全而有效地针对 COVID-19 的治疗方案。

瑞德西韦是美国食品和药物管理局批准的首个用于治疗 COVID-19 的药物，但患者通常只能在医院通过静脉注射的途径来接受治疗，因为该药物的口服剂性仍不可用。对于大多数轻症或中症患者，新冠口服特效药将有助于快速控制病情，并有效降低住院率和病患死亡风险。美国默沙东药厂和辉瑞药厂先后公布，各自研发的新冠肺炎口服药能大幅减低患者住院或死亡风险，但其临床效果和长期毒性副作用，以及在全球范围内的供应能力有待进一步观察证实。因此，在现有药物的基础上，开发成本低廉、安全且能有效针对新冠病毒及其变异株的口服特效药有潜力成为抗击新型冠状病毒的替代性方案。

主要发现

孙教授的研究团队此前对一系列金属药物和相关化合物进行筛选后，发现含有金属铋的药物，在细胞水平和动物模型中，能显著降低新冠病毒的载量，具备潜力临床应用作为有效的抗新型冠状病毒药物。此项研究已于2020年在《自然 微生物》（Nature Microbiology）发表。

胶体枸橼酸铋(CBS) 和水杨酸铋 (BSS) 等传统铋剂，易于胃酸条件下水解而沉淀，故其抗病毒活性难以通过口服的方式发挥效用。「鸡尾酒疗法」中的组分NAC可与强亲硫性的铋离子结合形成高水溶性的活性组分[Bi(NAC)3]，其在强胃酸环境（pH 1.2）及碱性环境（pH 9.2）中的稳定性均远远高于单纯的铋剂。在人工膜、Caco-2 细胞体外吸收模型和大鼠肠管外翻模型中，NAC的联合使用能显著提升铋离子的穿膜性，并可通过与黏蛋白的硫交换的过程促进铋离子在胃肠道细胞的进一步吸收。药代动力学的研究显示，相对于单一组分的铋剂CBS，大鼠在口服CBS+3NAC后所测得的血铋浓度以及肺部的有效铋含量均显著增加。

CBS 和 NAC 在体外和体内均表现出广谱抗冠状病毒效力。 (A)通过口服给药在第 -2、-1、0 和 1 天给予对照溶剂、CBS (300 mg/kg)、BSS (300 mg/kg)、NAC (370 mg/kg)、CBS (300 mg/kg)+3NAC (370 mg) 进行治疗的方案 /kg) 或 BSS (300 mg/kg)+3NAC (405 mg/kg)。仓鼠在第 0 天受到病毒攻击。在第 2 天收集组织样本。 (B) 分别接受对照溶剂、CBS、NAC 和 CBS+3NAC 治疗的仓鼠肺组织中的病毒产量。 (C) 分别接受对照溶剂、CBS、NAC 和 CBS+3NAC 治疗的仓鼠肺组织中细胞因子 IL-6 基因的表达水平。(E) CBS+3NAC 以浓度依赖的方式抑制人类致病性冠状病毒在人类细胞模型中的复制，分别显示为Vero E6 细胞中的 SARS-CoV-2； 在 Vero E6 细胞中的SARS-CoV-2 (B .1.1.7 变体）; 在 Vero E6 细胞中的 MERS-CoV 和在 HELF 细胞中的HCoV-229E。

研究团队在叙利亚金色仓鼠的感染模型中证明，经口服给药的铋剂CBS及BSS在与NAC的鸡尾酒联合疗法中，能够展现出强大的抗病毒活性。药物组合CBS+3NAC大幅降低新冠病毒载量达10倍以上，抑制相关重要的炎症因子的释放，并显著缓解动物肺部与感染相关的病征。所给药物剂量仅出现可逆转的轻微肾毒性且并未显示出有明显的系统性毒性。尤为重要的是，在细胞水平上，CBS+3NAC鸡尾酒疗法显示出对新冠病毒及其变异株B1.1.7、中东呼吸综合症病毒和人类冠状病毒等的广谱的抗病毒效力。

含铋药物与乙酰半胱氨酸药物鸡尾酒疗法作用机理。含铋药物对各种 CoV 的泛抑制活性可能源于它们在病毒复制周期中靶向多种病毒酶的能力。可以有效地靶向病原体中蛋白质的 Zn2+-半胱氨酸位点，例如，可以通过靶向活性位点（PLpro 和 Mpro）中的关键半胱氨酸残基或结构锌指结构域（PLpro 和 Hel）来灭活病毒半胱氨酸蛋白酶，甚至靶向人体细胞中与病毒进入密切相关的其他含锌金属蛋白 (ACE2)。

研究团队在后续研究中发现，CBS+3NAC可能对于病毒复制周期中的多个生物合成等过程产生影响。CBS+3NAC能有效抑制新型冠状病毒受体ACE2、病毒解旋酶（helicase，Hel）、主蛋白酶（main protease，Mpro)、木瓜蛋白酶 (papain-like protease，PLpro)等与新冠病毒感染相关的重要蛋白酶的活性，呈现出典型的多靶点药物特性，故能取得广谱而高效抑制冠状病毒复制的效果。

有关研究团队

本研究由港大理学院化学系的叶志成范港喜基金讲座教授（生物无机化学）孙红哲博士率领。孙红哲博士与李嘉诚医学院微生物系助理教授袁硕峰博士为论文共同通讯联系人；化学系博士后研究员王润铭博士、临床副教授陈福和医生和化学系博士生王素玉为论文共同第一作者。其他参与本项研究的科学家包括化学系资深研究员李洪艳博士、博士生叶家恩、香港中文大学药学院教授左中，博士后研究员赵佳佳、医学院微生物学系讲座教授袁国勇。

特此鸣谢香港创新科技署、研究资助局和食物及卫生局医疗卫生研究基金及基础研究种子基金对本研究的大力资助。

关于孙红哲教授和袁硕峰博士

孙红哲教授为港大叶志成×范港喜基金教授（生物无机化学），长期从事无机化学与生物医学交叉领域的研究。有关孙红哲教授：https://chemistry.hku.hk/staff/hzsun/labPage/index.html;

袁硕峰博士为港大李嘉诚医学院微生物学系和新发传染性疾病国家重点实验室助理教授。

有关袁硕峰博士：http://www.microbiology.hku.hk/02_HKU_Staff_Dr_SY_Yuan.html

有关论文可参看以下连结 ：https://doi.org/10.1039/D1SC04515F

相片下载：https://www.scifac.hku.hk/press