人冠状病毒广谱抑制剂的研究进展（一）

人冠状病毒广谱抑制剂的研究进展（一）

宋乐天，程玉森，高升华，姜向毅，展鹏＊，刘新泳＊

（山东大学药学院药物化学研究所化学生物学教育重点实验室，山东济南250012）

摘要：冠状病毒在全球范围内的三次流行对人类生命健康造成了极大威胁，特别是目前针对新冠疫情仍然缺乏有效的抗病毒药物。冠状病毒广谱抑制剂通过作用于病毒生命周期中的关键靶标或宿主关键因子来抑制病毒感染。本文作者聚焦冠状病毒生命周期中的药物靶点，综述了现有广谱冠状病毒抑制剂的研究进展，以期为研发抗冠状病毒药物提供参考，更好地应对当下及未来的冠状病毒疫情。

关键词:冠状病毒;广谱抑制剂;老药新用;药物发现

冠状病毒(coronaviruses, CoVs)在自然界中 广泛分布,1947年首次由啮齿类动物体内分离得到，其常在多个宿主间传播，对多种家畜、野生动 物及人类具有潜在威胁[1]。冠状病毒在动物间传播至人类，即形成人冠状病毒HCoV。至今已出现7种对人类具有传染性的冠状病毒，分别为HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-OC43、HCoV-HKU1、MERS-CoV、SARS-CoV和SARS-CoV-2[2]。常见的人冠状病毒如HCoV-229E和 HCoV-OC43可导致上呼吸道感染、消化道及神经系统症状，不严重且能自愈[3-4]，因此在较长时间内未受到重视。

2003年暴发的重症急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)疫情造成全球范围内8000多人感染，死亡率为10%左右;2012年暴发的中东呼吸综合征(middle east respiratory syndrome, MERS)死亡率高达39%；而2019年底暴发的新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease- 2019, COVID-19)疫情已经导致全球超过1.6亿人感染，350多万人死亡[5]，造成了全球公共卫生危机，这促使人类加快对冠状病毒抑制剂的研究，但至今仍缺乏特异性药物或疗法。相比较，广谱抗病毒药物可作用于某一类病毒或某种病毒不同的变异株，具有独特的优势。本文作者聚焦冠状病毒生命周期中的关键靶标，探讨了开发广谱抗冠状病毒药物的思路。

1.冠状病毒的基本结构

冠状病毒的遗传物质为单正链RNA,可以作为病毒增殖时的遗传物质及复制模板，也能以mRNA的形式参与合成相应的蛋白质，或直接组装入子代病毒颗粒。冠状病毒基因组从5,端开始，前三分之二序列由两个重合的开放阅读框组 成,编码多聚蛋白pplab,其最终转化为16种非 结构蛋白(non-structural protein, nsp)，与病毒基 因组转录与复制有关。3,端附近的序列编码冠状 病毒所共有的4种结构蛋白，包括核衣壳蛋白(nucleocapsid protein, N蛋白)、刺突糖蛋白(spike glycoprotein, S蛋白)、膜蛋白(membrane protein,M蛋白)和高度疏水的包膜蛋白(envelope protein, E蛋白)(图1)^[6] 。

2.冠状病毒的生命周期

冠状病毒的生命周期包括侵入宿主细胞、基因组复制和结构蛋白合成、子代病毒组装和释放 等基本步骤(图2)。S蛋白介导病毒入侵时，由宿主半胱氨酸组织蛋白酶和跨膜丝氨酸蛋白酶(transmembrane protease serines 2, TMPRSS2)催化，裂解为S1、S2两个亚单位^[7]。S1和S2分别负责病毒与细胞受体结合以及与细胞膜融合，二者协同介导病毒与细胞表面血管紧张素转化酶2 (ACE2)结合，引起S蛋白进一步的空间结构改变,使病毒以脱壳或膜融合方式纳入细胞^[8]。相比于SARS-CoV, SARS-CoV-2和宿主细胞膜融合也可有成对碱性氨基酸蛋白酶(PACE,也称Furin蛋白酶)的参与。其通过选择性水解刺突蛋 白中的氨基酸片段,预活化刺突蛋白以增强其与ACE2的结合力，提高对宿主细胞的侵染能力^[9]。

病毒侵入后,RNA复制产生子代RNA,并以之为模板合成多聚蛋白，后者在胞浆中受到主蛋白酶(main protease, Mpro或3CLpro)与木瓜样蛋白酶(papain-like protease, PL^pro)协同作用，裂解生成功能性蛋白^[10]。PL^pro除此之外还具有去泛素活性,能在宿主细胞内将蛋白质脱除泛素和类泛素蛋白ISG15 ,以抑制宿主的抗病毒免疫反应^[11]。最终,在功能性蛋白的作用下合成子代病毒颗粒的各个组分，装配并释放出胞。

Figure 1 The structure of coronaviruses, represented by SARS-CoV-2

Figure 2 The life cycle of coronaviruses, represented by SARS-CoV-2

3.抗冠状病毒药物的主要靶点

通过将SARS-CoV-2的基因测序结果与不同的人冠状病毒基因序列对照，可以辨识出一系列 高度保守的序列。这些序列编码各种关键酶或蛋白质,包括S蛋白、主蛋白酶、木瓜样蛋白酶及依 赖RNA的RNA聚合酶(RdRp)等^[12]。进一步研究表明，以上酶的活性位点在SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV乃至其他冠状病毒中保持高度相似^[13],因此这些酶都是广谱抗病毒药物研发的重要靶点。同时，病毒增殖的过程中高度依赖宿主细胞的物质、能量与酶，因此靶向宿主细胞中与病毒生命周期密切相关的靶点，也是广谱抗病毒药物开发的重要策略^[14]。靶向宿主的广谱冠状病毒抑制剂可充分克服病毒耐药性、突变性与种间差异性,具有较大的发展空间^[15]。

4.广谱冠状病毒抑制剂

本文讨论的冠状病毒广谱抑制剂是针对冠状病毒与宿主的关键靶点开发的抗病毒化合物。现阶段，根据这类化合物靶向的生理过程不同，分别靶向冠状病毒的侵入过程、RNA复制过程、多聚蛋白裂解过程以及宿主靶标……

下一期将分享靶向冠状病毒刺突蛋白、RdRp、蛋白酶及宿主靶标的一系列冠状病毒广谱抑制剂，以及其对抗击新冠肺炎疫情、预防未来的冠状病毒传播具有的重要意义。

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