中国新冠药物研究登《科学》封面！发现靶向主蛋白酶新候选药

6月19日，国际知名期刊《科学》（Science）封面报道了来自中国科研团队的一项重要新冠研究，他们发现了靶向新冠病毒主蛋白酶（Mpro）的新候选药物化合物11a和11b。研究团队认为这两种化合物高效、安全，有开发成为抗新冠病毒（SARS-CoV-2）新药的潜力。

该研究题为“Structure-based design of antiviral drug candidates targeting the SARS-CoV-2 main protease”，最初于3月28日发表在生物预印本网站bioRxiv上，并于4月22日在 Science 在线发表，6月19日登上 Science 封面。

该研究来自中国科学院上海药物研究所柳红、许叶春、蒋华良团队；上海科技大学杨海涛、饶子和团队和中国科学院武汉病毒所张磊砢、肖庚富团队等。通讯作者为中科院上海药物研究所柳红研究员、上海科技大学杨海涛教授、中科院武汉病毒所张磊砢副研究员和中科院上海药物研究所许叶春研究员。

新冠病毒是一种单链RNA正链包膜乙型冠状病毒，而其最具特征的药物靶标之一是3-胰凝乳蛋白酶样蛋白酶，即主要蛋白酶（Mpro，也称为3CLpro）。这种酶在大型多蛋白1ab上的不少于11个切割位点上运行，对于加工从病毒RNA翻译的多蛋白是必不可少的。因此，抑制这种酶的活性将有效阻止病毒复制。

事实上，此前4月9日，包括清华大学教授兼上海科技大学免疫化学研究所特聘教授饶子和院士团队的“抗新冠病毒攻关联盟”与合作者就发表了新冠病毒2.1Å“主蛋白酶-N3”的高分辨率复合物结构，也是世界上第一个被解析的新冠病毒蛋白质的三维空间结构。

围绕新冠病毒主蛋白酶，科学家们已经在研发多种有潜力的药物。此前攻关团队通过计算机辅助药物设计，确定了新冠病毒主蛋白酶的强效抑制剂N3；德国吕贝克大学生物化学研究所Rolf Hilgenfeld等人通过对Mpro结构的解析，对此前的抑制剂进行了优化，也发现了一种名为13b的α-酮酰胺抑制剂适用于通过吸入途径给药。

而此次中国科学院上海药物所等团队基于Mpro三维结构，设计并合成了两个拟肽类化合物11a和11b。

研究人员表明，在所有冠状病毒中，Mpro的活性位点都高度保守，在新冠病毒主要蛋白酶结构中，结构域I和II形成六链反平行β桶，在它们之间的裂缝中带有底物结合位点（the substrate-binding pocket），由于其高度保守性而可以作为设计广谱抑制剂的靶标，即药物靶标“口袋”。

通过分析SARS（严重急性呼吸综合征）病毒Mpro的底物结合口袋，研究人员能够设计和合成针对新冠病毒Mpro的抑制剂。

化合物11a和11b与SARS-CoV-2主蛋白酶复合物的结合模式与此前报道的“主蛋白酶-N3”复合物结构相似，研究人员解析的三维结构显示这两个化合物均占据底物结合口袋，其中化合物的醛基和蛋白酶催化位点145位半胱氨酸残基形成共价键，牢牢地将其锁住。

通过1.5埃分辨率的复合物结构展示，研究人员不仅分析了化合物11a和11b与主蛋白酶精确的互作模式，还揭示了化合物抑制病毒蛋白酶的分子机制。

研究人员表明，11a和11b在体外展示出对SARS-CoV-2主蛋白酶极佳的抑制活性，在1μM浓度下抑制性分别达到100％和96％。同时抗病毒活性测试结果表明，化合物11a和11b都具有较好的抗病毒效果，EC50（半最大效应浓度，指能引起50%最大效应的浓度）分别为0.53 μM和0.72 μM。

此外更为重要的是，研究人员认为这两个化合物均展示出良好的体内药代动力学性质和安全性，有开发成为抗SARS-CoV-2新药的潜力。

研究人员给小鼠进行11a的腹膜和静脉给药，观察到药物半衰期（血浆药物浓度下降一半所需要的时间）分别为4.27小时和4.41小时，药物的最大浓度较高、代谢稳定性好，生物利用度也较好，达到87.8％。

而11b无论是给小鼠腹膜注射、皮下注射还是静脉给药，都显示出良好的药代动力学特性。当腹膜内和皮下给药时，11b的生物利用度均超过80％，并且当腹膜内给药时，其半衰期延长至5.21小时。

研究人员还对化合物11a进行了大鼠和比格犬的体内毒性研究，结果表明，两组动物均未观察到明显的毒性反应。作者们认为，这些数据表明11a是进一步临床研究的良好候选药物化合物。

综上所述，研究团队发现的两个靶向新冠病毒主要蛋白酶的药物候选化合物抑制活性及抗病毒效果好，且体内和体外研究均证明其药代动力学性质和安全性良好，是一类结构新颖、高效、安全的抗SARS-CoV-2病毒候选药物，将对下一步的抗新冠药物研发产生重大作用。