6月19日，國際知名期刊《科學(xué)》（Science）封面報道了來自中國科研團隊的一項重要新冠研究，他們發(fā)現(xiàn)了靶向新冠病毒主蛋白酶（Mpro）的新候選藥物化合物11a和11b。研究團隊認為這兩種化合物高效、安全，有開發(fā)成為抗新冠病毒（SARS-CoV-2）新藥的潛力。

該研究題為“Structure-based design of antiviral drug candidates targeting the SARS-CoV-2 main protease”，最初于3月28日發(fā)表在生物預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv上，并于4月22日在 Science 在線發(fā)表，6月19日登上 Science 封面。

該研究來自中國科學(xué)院上海藥物研究所柳紅、許葉春、蔣華良團隊；上海科技大學(xué)楊海濤、饒子和團隊和中國科學(xué)院武漢病毒所張磊砢、肖庚富團隊等。通訊作者為中科院上海藥物研究所柳紅研究員、上海科技大學(xué)楊海濤教授、中科院武漢病毒所張磊砢副研究員和中科院上海藥物研究所許葉春研究員。

新冠病毒是一種單鏈RNA正鏈包膜乙型冠狀病毒，而其最具特征的藥物靶標(biāo)之一是3-胰凝乳蛋白酶樣蛋白酶，即主要蛋白酶（Mpro，也稱為3CLpro）。這種酶在大型多蛋白1ab上的不少于11個切割位點上運行，對于加工從病毒RNA翻譯的多蛋白是必不可少的。因此，抑制這種酶的活性將有效阻止病毒復(fù)制。

事實上，此前4月9日，包括清華大學(xué)教授兼上海科技大學(xué)免疫化學(xué)研究所特聘教授饒子和院士團隊的“抗新冠病毒攻關(guān)聯(lián)盟”與合作者就發(fā)表了新冠病毒2.1?“主蛋白酶-N3”的高分辨率復(fù)合物結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個被解析的新冠病毒蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)。

圍繞新冠病毒主蛋白酶，科學(xué)家們已經(jīng)在研發(fā)多種有潛力的藥物。此前攻關(guān)團隊通過計算機輔助藥物設(shè)計，確定了新冠病毒主蛋白酶的強效抑制劑N3；德國呂貝克大學(xué)生物化學(xué)研究所Rolf Hilgenfeld等人通過對Mpro結(jié)構(gòu)的解析，對此前的抑制劑進行了優(yōu)化，也發(fā)現(xiàn)了一種名為13b的α-酮酰胺抑制劑適用于通過吸入途徑給藥。

而此次中國科學(xué)院上海藥物所等團隊基于Mpro三維結(jié)構(gòu)，設(shè)計并合成了兩個擬肽類化合物11a和11b。

研究人員表明，在所有冠狀病毒中，Mpro的活性位點都高度保守，在新冠病毒主要蛋白酶結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)域I和II形成六鏈反平行β桶，在它們之間的裂縫中帶有底物結(jié)合位點（the substrate-binding pocket），由于其高度保守性而可以作為設(shè)計廣譜抑制劑的靶標(biāo)，即藥物靶標(biāo)“口袋”。

通過分析SARS（嚴(yán)重急性呼吸綜合征）病毒Mpro的底物結(jié)合口袋，研究人員能夠設(shè)計和合成針對新冠病毒Mpro的抑制劑。

化合物11a和11b與SARS-CoV-2主蛋白酶復(fù)合物的結(jié)合模式與此前報道的“主蛋白酶-N3”復(fù)合物結(jié)構(gòu)相似，研究人員解析的三維結(jié)構(gòu)顯示這兩個化合物均占據(jù)底物結(jié)合口袋，其中化合物的醛基和蛋白酶催化位點145位半胱氨酸殘基形成共價鍵，牢牢地將其鎖住。

通過1.5埃分辨率的復(fù)合物結(jié)構(gòu)展示，研究人員不僅分析了化合物11a和11b與主蛋白酶精確的互作模式，還揭示了化合物抑制病毒蛋白酶的分子機制。

研究人員表明，11a和11b在體外展示出對SARS-CoV-2主蛋白酶極佳的抑制活性，在1μM濃度下抑制性分別達到100％和96％。同時抗病毒活性測試結(jié)果表明，化合物11a和11b都具有較好的抗病毒效果，EC50（半最大效應(yīng)濃度，指能引起50%最大效應(yīng)的濃度）分別為0.53 μM和0.72 μM。

此外更為重要的是，研究人員認為這兩個化合物均展示出良好的體內(nèi)藥代動力學(xué)性質(zhì)和安全性，有開發(fā)成為抗SARS-CoV-2新藥的潛力。

研究人員給小鼠進行11a的腹膜和靜脈給藥，觀察到藥物半衰期（血漿藥物濃度下降一半所需要的時間）分別為4.27小時和4.41小時，藥物的最大濃度較高、代謝穩(wěn)定性好，生物利用度也較好，達到87.8％。

而11b無論是給小鼠腹膜注射、皮下注射還是靜脈給藥，都顯示出良好的藥代動力學(xué)特性。當(dāng)腹膜內(nèi)和皮下給藥時，11b的生物利用度均超過80％，并且當(dāng)腹膜內(nèi)給藥時，其半衰期延長至5.21小時。

研究人員還對化合物11a進行了大鼠和比格犬的體內(nèi)毒性研究，結(jié)果表明，兩組動物均未觀察到明顯的毒性反應(yīng)。作者們認為，這些數(shù)據(jù)表明11a是進一步臨床研究的良好候選藥物化合物。

綜上所述，研究團隊發(fā)現(xiàn)的兩個靶向新冠病毒主要蛋白酶的藥物候選化合物抑制活性及抗病毒效果好，且體內(nèi)和體外研究均證明其藥代動力學(xué)性質(zhì)和安全性良好，是一類結(jié)構(gòu)新穎、高效、安全的抗SARS-CoV-2病毒候選藥物，將對下一步的抗新冠藥物研發(fā)產(chǎn)生重大作用。