人冠状病毒广谱抑制剂的研究进展及展望

4.3. 1 主蛋白酶(M^pro)抑制剂

洛匹那韦(lopinavir,20,图11)是已经上市的 拟肽类HIV蛋白酶抑制剂^[86]。利托那韦 (ritronavir,21,图11)可抑制药物代谢酶,常与洛匹那韦联合应用以起到增效作用^[87]，二者组成的复方制剂Kaletra相对于单一的洛匹那韦作用时 间更长^[88]。2004年一项非盲临床试验显示，在 SARS-CoV感染者中，服用洛匹那韦-利托那韦 (400 mg：100 mg)的试验组产生负面临床结果的风险以及病毒载量明显降低^[89]。洛匹那韦针对 MERS-CoV也有抑制作用師如，但仍需进一步的 临床试验确认。洛匹那韦在体外细胞中抑制 SARS-CoV-2 的 EC50值为 26.1μmol•L^-1,但单 一的利托那韦无抗病毒活性。洛匹那韦-利托那 韦复方疗法在新冠治疗中受到普遍关注^[92-94]。

N3(22,图12)是含有迈克尔加成受体的拟 肽类冠状病毒抑制剂[95]。作为共价抑制剂，N3 分子的乙烯基与SARS-CoV-2的M^pro催化中心的 Cysl45共价结合,并通过3个侧链分别结合于催化中心周边的各个口袋，形成额外的作用力。此外，α-酮酰胺片段被看作高效的共价结合基团，可增强分子柔性、提高稳定性和透膜性，常用于病毒蛋白酶抑制剂的设计^[96]。基于此,Zhang等[97]设计了一系列以α-酮酰胺为“共价弹头”的广谱主 蛋白酶抑制剂，针对α属、β属冠状病毒与肠病毒M^pro 均有良好的抑制活性。其中代表化合物为 23(图12)，其抑制 SARS-CoV 与 HCoV-NL63 主 蛋白酶的IC₅₀值分别为0.71μmol•L^-1和12.27μmol•L^-1,在 Huh-7 细胞系中针对MERS- CoV的EC₅₀值达到0. 0004 μmol•L^-1。为进一步提高酮酰胺类抑制剂针对SARS-CoV-2的抑制作 用,Zhang等^[98]对化合物23的结构进行修饰，将疏水性过强的肉桂酰基替换为具有一定亲水性的基团从而得到一系列化合物，其中化合物24(图 12)抑制 SARS-CoV-2、SARS-CoV与MERS-CoV 主蛋白酶的IC₅₀值分别为(0.67±0.18)、(0.90 ±0.29)、(0.58 ±0.22) μmol•L^-1。

Rupintrivir ( AG7088,25,图12)对肠道病毒 EV71与鼻病毒有突出的抑制作用，但对冠状病毒活性不佳^[99]。Dai等^[100]通过解析AG7088与EV71 3C^pro的共晶结构，以醛基共价弹头取代了易水解失活的α,伊不饱和酯基，并结合数个蛋白 酶抑制剂的优势结构,设计了 一类靶向肠道病毒 EV71 3C蛋白酶的共价抑制剂。高亲电性的醛 基作为共价弹头，与主蛋白酶Cysl45的疏基结合稳定，广泛用于设计高活性的蛋白酶抑制剂。其中代表化合物26（图12）对各种肠道病毒、鼻病毒有广谱抑制作用。与先导化合物及同时合成的其他修饰物相比，化合物26具有更好的药代动力学特性与广谱抗冠状病毒作用，对SARS-CoV-2 M^pro。及病毒复制均有较好的抑制作用（IC₅₀ = 0.034μmol•L^-1 ,EC₅₀ =0. 29 μmol•L^-1）。

四川大学杨胜勇团队基于SARS-CoV-2的 M^pro催化中心周边结构，结合已上市蛋白酶抑制剂的优势片段，设计了以双环脯氨酸为核心骨架的拟肽分子，部分化合物为27~32（图13）^[101]门， 并首次在动物模型中测定了所合成化合物对M^pro 的抑制作用。该类化合物以环状γ-丁内酰胺基团（P1）靶向S1区域,脂肪稠环结构（P2）靶向S2 区域，并以结构多样的取代芳环（P3）靶向S4区域（图14）。在P2提高分子刚性与疏水性、增强 靶标结合力的同时,P3大小合适的疏水芳基有助 于进一步增强分子的活性与代谢稳定性。

抑酶活性结果显示，化合物29、30、31的IC₅₀值分别为7.6 ,7.6,9. 2 nmol•L^-1。在 Vero E6 细胞中，化合物28,31,32抑制SARS-CoV-2复制的 EC₅₀值分别为 0. 53,0.67,0.54μmol•L^-1（表 2）。在体内活性测试中，化合物32的药代动力学性质较好,在鼠体内有效抑制了SARS-CoV-2的增殖，显著降低了病理损伤，经治疗的感染小鼠 未出现任何体重损失与异常状况。

4.3.2 PL^pro抑制剂

PL^pro在不同的冠状病毒中具有类似的氨基 酸序列与空间构象，显示出高度相似性（图15）。因此，针对特定冠状病毒PL^pro抑制剂也具有开发 为广谱PL^pro抑制剂的潜力。

Figure 15 The conformation and amnio acid sequence of SARS-CoV PLpro ( PDB：2FE8 ) and SARS-CoV-2 PLpro(PDB：7CMD)

Ratia等[102]建立了基于荧光的高通量筛选方法，在包含上万种类药分子的化合物库中发现了先导化合物33（图16）,其R型异构体抑制SARS- CoV PL^pro的 IC₅₀值为（8.7±0.7）μmol•L^-1 此类分子结构按药效团可分为“头部-链接基团-尾 部”三部分，其中，“头部基团”一般是1-萘基或2-萘基，而“链接基团”中的亚氨基作为氢键供体对分子活性至关重要,N-甲基化修饰的化合物34（图 16）活性则明显减弱（IC₅₀=22.6μmol•L^-1）。

为进一步提高药效,Bdez-Santos^[103]结合此 类分子中的先导化合物35（图17-A）与SARS- CoV PL。，。的共晶结构以及构效关系，设计了尾部 含有不同取代苯基的新一代SARS-CoV PL。”抑 制剂36 -39（图17-A）。共晶结构显示，此类分 子结合于Tyr269与活性中心围绕而成的狭长空 腔内（图17-B、C），活性与代谢稳定性均有提高， 活性数据如表3所示。

双硫仑(disulfiram, 40,图18)是乙醛脱氢酶抑制剂，用于辅助矫正酒精成瘾^[104]。2018年， Lin等^[105]发现双硫仑针对SARS-CoV主蛋白酶 具有竞争性抑制作用，针对MERS-CoV PL^pro。则具 有变构抑制作用。证据表明，双硫仑通过分子中 的硫原子与金属离子配位,或与蛋白质疏基相互作用,因此可以靶向PL^pro和NT。中具有催化作用 的半胱氨酸^[106]。在以往的临床实践中，双硫仑 表现出毒副作用小、作用机理明确、成本低的独特优势。但其针对包括SARS-CoV-2在内的多种冠 状病毒的体外实验及临床试验尚待完成。

疏瞟吟即6-疏基瞟吟(6-MP,41,图18)早已 广泛用于治疗急性淋巴细胞白血病和急性髓细胞白血病。2008年，Chou^[107]等首先报道了疏嚓吟作为SARS-CoV PL^pro小分子可逆抑制剂的活性。 在MERS-CoV与SARS-CoV的蛋白酶的相似性 被确证之后，Cheng等^[109]质旳又发现了疏瞟吟针对 MERS-CoV PL^pro的竞争性抑制作用。

但不可忽视的是,PL^pro抑制剂的设计与研发 相对存在一定难度。候选分子中的游离疏基可能 与人体内各种蛋白质的半胱氨酸残基发生作用，导致专一性较差以及毒副作用增强^[108]。此外， 宿主细胞的去泛素酶与PL^pro 的相似性还会带来 抑制剂脱靶的风险。

Figure 18 The structures of disiilfiram (40) and6-MP(41)

5 结语与展望

本文作者总结了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，对抗击新冠肺炎疫情、预防未来的冠状病 毒传播具有重要意义。

针对冠状病毒的高效广谱抑制剂，是疫情爆发初期迅速响应危机、并在第一时间治疗患者的法宝^[109]。对冠状病毒广谱抑制剂的发现、评估和修饰，是人类对抗未来的公共卫生危机的重要 战略举措。对于具有“老药新用”潜力的已上市药物,要尽快开展科学严谨的大规模双盲临床实 验,为大范围推广提供最真实可靠的依据,最大程 度保护患者的生命健康。

长远看来，从头研发出一款针对新型冠状病 毒的“魔弹”药物需要进行漫长的设计、开发及疗效验证。一方面，不同的冠状病毒生命周期中发 挥关键作用的生物大分子有明显的种间同源性，为基于靶标结构寻找广谱抑制剂提供了重要信息；另一方面,从治疗新型冠状病毒的中药方剂中寻找天然来源的先导化合物，也是开发抗冠状病 毒药物的重要源泉。

参考文献见 中国药物化学杂志 第31卷 第9期，2021年9月总173期