追逐抗病毒藥物創新的“星辰大海”

研發之路道阻且長 技術融合上下求索

發布日期：2022-07-18 閱讀次數：11631 來源：中國醫藥報

摘要：

病毒感染疾病對人類生命健康與社會發展造成了巨大威脅。自1962年碘苷作為首個抗病毒藥物被批準以來，抗病毒藥物的發展就進入了新階段，新冠病毒引起的全球疫情更使得抗病毒藥物的研發步入了快車道。

雖然抗病毒藥物研發取得了較大進展，然而現有的抗病毒藥物和療法仍有較多局限性，無法滿足臨床實際應用需求，研發具有新機制新結構的抗病毒藥物迫在眉睫。

運用多種策略開發廣譜抗耐藥的抗病毒藥物，是應對目前及未來可能出現的病毒感染的重要方法。

迎接多重挑戰

盡管目前已有數十種抗病毒藥物被批準用于治療病毒感染引起的疾病，但抗病毒藥物的發展依然面臨著巨大的挑戰。

新發病毒的威脅

目前,抗病毒藥物的研究重點限于對抗流感病毒、肝炎病毒、皰疹病毒、冠狀病毒、艾滋病毒（HIV）感染，以及用于增強機體免疫力的免疫調節劑等，但這些研究在面對種類繁多的病毒時顯得力不從心。

加之新型病毒的出現與流行是難以預測的，例如近期在歐洲、美洲、大洋洲等多地出現的不明肝炎和猴痘，引起了全球高度警惕。

病毒變異和耐藥

病毒基因組中出現耐藥性相關突變，及其導致病毒喪失對抗病毒藥物的敏感性，是治愈病毒感染的主要障礙，也是病毒感染防治的限制因素之一。耐藥性有利于病毒在人類群體中的生存，同時也會大大降低抗病毒藥物的療效。

藥物無法徹底清除體內病毒

某些病毒感染人體后，病毒的基因會整合進入宿主基因組中，部分病毒還會長期潛伏于某些組織器官中。在遇到一定的刺激后，病毒可被重新激活，使得疾病復發，難以被徹底從人體內清除。例如HIV會整合進宿主染色質中形成潛伏庫，隨著宿主細胞的復制而得到復制，且能夠逃避宿主免疫系統的監視，因此難以從體內完全清除，所以HIV攜帶者需要終生服藥。

患者依從性亟待改善

由于抗病毒藥物大多需要聯合使用，嚴格遵從醫療方案是使用聯合抗病毒藥物的要求，良好的服藥依從性是確保實現免疫重建和病毒學抑制的重要前提。

但是，組合抗病毒療法存在用藥復雜、給藥頻繁、毒副作用大、患者容易遺忘等多種問題，導致患者依從性較差。

探索研發路徑

為抵御新冠病毒，以及艾滋病毒、乙肝病毒等慢性病毒所造成的感染長期危害人類生命健康，采取有效的策略來開發廣譜抗耐藥性抗病毒藥物以及特效藥物，是當前以及未來長期的重大科研任務。

方向一：廣譜抗病毒藥物研發

廣譜抗病毒藥物可以作用于多種病毒或者同一病毒的多種基因型，通過靶向病毒復制過程中至關重要的宿主蛋白來發揮廣譜抗病毒作用。

靶向病毒的共性環節或共同靶標

包膜病毒在進入細胞之前，通常會通過聚糖介導的相互作用與宿主細胞膜上的蛋白質對接，研究者因此提出了一種通過使用合成糖受體來破壞這些相互作用的方法。作為一種高糖基化包膜病毒的有效抑制劑，合成糖受體不僅可以抑制病毒侵入，還能夠通過干擾包膜的糖分子，使病毒暴露于宿主免疫系統中，從而被清除，可謂具有雙重作用模式。據了解，合成糖受體抑制劑具有抗寨卡病毒、流感病毒和艾滋病毒活性，并有望成為針對登革病毒及新冠病毒等其他包膜病毒的廣譜抑制劑。

在包膜病毒的復制周期中，病毒和細胞膜融合后才能進入細胞，因此靶向病毒膜融合過程也是有效的抗病毒策略。2018年，研究人員發現以病毒融合蛋白為靶標的α-螺旋脂肽對中東呼吸綜合征冠狀病毒及甲型流感病毒表現出廣譜活性。

RNA病毒的基因組復制所需要的RNA依賴的RNA或DNA聚合酶在人體中不存在且相對保守，是一種理想的抗病毒藥物研發靶標。在不同的病毒家族中，病毒聚合酶具有相似的整體結構和功能基序，因此針對某一種病毒聚合酶設計的抑制劑往往對其他病毒也有較好的抑制作用。如核苷類似物瑞德西韋被發現具有廣譜抗病毒活性，研究表明，它可以通過抑制病毒聚合酶進而對一系列的RNA病毒發揮作用，包括沙粒病毒科、絲狀病毒科、黃病毒科和冠狀病毒科等，瑞德西韋由此也成為首個在美國獲批上市的治療新冠肺炎的小分子藥物。

靶向病毒復制所必需的宿主蛋白

病毒復制需要宿主細胞提供必要的酶和底物。因此，抑制病毒復制周期中必要的宿主蛋白（如酶類和受體）的功能，能夠起到抑制病毒復制的作用。

病毒宿主激酶在許多病毒的復制過程中起著至關重要的作用，已成為抗病毒開發的潛在靶標。如表皮生長因子受體可以作為人巨細胞病毒和腺相關病毒血清6型進入宿主細胞的共同受體；銜接蛋白相關激酶1（adaptor-associated kinase 1, AAK1）可調節多種病毒在細胞內的轉運，2019年報道的一項研究發現，具有高AAK1親和力的新型吡咯并[2,3-b]吡啶類化合物表現出優異的抗登革病毒活性和較好的抗埃博拉病毒活性，表明靶向細胞AAK1是開發廣譜抗病毒藥物的有效途徑。

參與宿主蛋白翻譯的抑制劑Plitidepsin，通過抑制真核細胞翻譯延伸因子，在體外表現出良好的抗新冠病毒活性。

另外，研究表明，靶向宿主細胞的二氫乳清酸脫氫酶抑制劑，能夠通過抑制病毒基因組復制和調節免疫兩種方式發揮廣譜抗病毒作用。

此外，藥物再定位策略作為開發廣譜抗病毒藥物的常用方法，可以繞過藥物開發早期階段所花費的時間和成本，從而加快抗病毒藥物的研發過程。

方向二：抗耐藥性抗病毒藥物研發

運用多靶標藥物設計策略或多位點結合策略，可以克服針對單一靶標或單一位點進行藥物設計的局限性，并可通過降低耐藥性和不良反應發生率來提高其治療效果。2016年，研究人員公開了一個3-嘧啶酮-2,4-二酮-5-N-芐基甲酰胺類化合物，它不僅對HIV-1整合酶和核糖核酸水解酶H具有雙重抑制活性，而且也是一種有效的整合酶突變體抑制劑。

共價抑制劑首先通過非共價和可逆的相互作用識別目標蛋白，然后形成不可逆的共價鍵。在共價鍵產生后，藥物可以長久地保持其抑制活性，直到靶標消失。因此，在理論上，共價抑制劑可以利用減少藥物暴露和延長作用時間的優勢，進而克服耐藥性。例如研究者發現一種針對HIV-1逆轉錄酶Cys181的共價抑制劑，可有效降低含有Cys181的HIV-1突變體的活性。

蛋白降解靶向嵌合體（Proteolysis Targeting Chimeria，PROTAC）可以通過同時結合目標蛋白和E3泛素連接酶形成三元復合物，隨后目標蛋白被泛素化，繼而被蛋白酶體降解。與傳統小分子抑制劑相比，PROTAC的靶標范圍廣泛，可作用于一些難成藥靶標，且具有催化降解功能。從抗病毒的角度來看，PROTAC可直接降解目標蛋白，能夠避免目標蛋白的突變或過表達引起的耐藥性。2019年，研究人員公開了一種新型降解丙肝病毒蛋白酶的PROTAC分子，該分子保留了抑制丙肝病毒蛋白酶的能力，表現出對蛋白酶良好的降解效果，并對耐藥株具有良好的抗病毒活性。該研究工作驗證了利用靶向蛋白降解技術開發抗耐藥性抗病毒藥物是可行的。

隨著結構生物學、生物信息學和計算機輔助藥物設計的發展，基于靶標結構的精準藥物設計在開發抗病毒藥物的過程中發揮著關鍵作用。其作用是通過比較耐藥株和野生型病毒的蛋白質晶體結構以了解耐藥機制，加快抗耐藥性抗病毒藥物的研發進程。

借力技術融通

藥物研發是一項極其復雜的系統工程，不僅需要國內外學術界優勢互補、強強聯合，更需要產業界的密切配合，助力飛躍成果轉化的“死亡之谷”。具體到抗病毒藥物研發，更要“聚四海之氣、借八方之力”。

在抗新冠病毒藥物研發中，藥物化學、有機合成、計算化學、病毒學、分子生物學、結構生物學等學科的交叉與技術融通體現得淋漓盡致：基于晶體學的片段篩選（Crystallographic fragment screening）、高通量蛋白結晶學（High-throughput protein crystallography）、共價結合藥物、以核酸為靶標的藥物設計、核酸降解（Ribonuclease targeting chimeras）、核酸適體、DNA編碼庫（DNA-encoded libraries）、高通量合成（High-throughput synthesis）、超高通量虛擬篩選（Ultralarge virtual screening）、自由能微擾（Free-energy perturbation）等技術的新應用如“八仙過海各顯神通”；老藥新用、表型篩選等藥物發現傳統方法、雙靶標與變構結合等藥物優化經典策略如寶刀就礪、歷久彌新；生物無機化學、超分子化學等基礎學科更如枯木逢春、重煥生機。

在學科交叉的廣度及技術融合的深度上，抗病毒藥物的研發可謂 “致廣大而盡精微”且“無所不用其極”。僅以生物無機化學為例，生物無機化學是研究生物體內的金屬離子、小分子配合物及金屬蛋白的傳統學科。在抗病毒藥物設計中，相關的金屬蛋白主要包括鎂離子和鋅離子依賴的酶。其中，鎂離子參與核酸生物化學中的多種催化過程，在不同病毒的復制中發揮著關鍵作用。鎂離子依賴的抗病毒藥物靶標有HIV整合酶、核酸水解酶、乙肝病毒核酸水解酶、丙肝病毒聚合酶、流感病毒核酸內切酶等。鋅指蛋白參與多種DNA轉錄和修復過程，其鋅指結構域由半胱氨酸和組氨酸殘基的氨基酸序列組成，介導了大量DNA結合蛋白的序列識別。近年來，以鋅離子依賴蛋白為靶標的抗病毒藥物已成為新的研究熱點。如鋅離子逐出劑雙硫侖和依布硒，可以靶向新冠病毒高度保守的木瓜蛋白酶和非結構蛋白nsp10中的鋅離子結合和/或半胱氨酸區域，發揮抗病毒作用。

由于金屬類型、金屬氧化狀態以及配體類型和數目的多樣性，金屬配合物產生了種類繁多的金屬藥物，并具有廣泛的生物活性。如鈷配合物CTC-96是抑制單純皰疹病毒1型等包被病毒的廣譜抑制劑。