編者薦語：

?曾由冠狀病毒引起的傳染病例，讓我們記憶猶新，如 2012 年中東地區(qū)的MERS，2003 年 SARS-CoV 非典型肺炎。此時(shí)，美國也正在遭受病毒肆虐……病毒到底是什么？伊諾凱供應(yīng)商伙伴MCE為你揭秘侵?jǐn)_人類的五大病毒及其相關(guān)靶向藥物研究成果。

以下文章來源于MCE抑制劑

圖片來源：WHO

       追其根源，絕大多數(shù)的人類傳染病都是由病毒引起的，它們可侵犯不同組織器官，感染細(xì)胞引起疾病，如 HIV, 流感 (Influenza Virus), HCV, HBV 以及 SARS-CoV-2 等。目前，針對(duì)大部分傳染病的主要治療手段為接種疫苗和藥物治療，前者研制周期較長(zhǎng)，而小分子藥物生產(chǎn)迅速、產(chǎn)量大、性質(zhì)穩(wěn)定。因此抗病毒小分子藥物治療仍然是當(dāng)前最有效的手段。

       病毒到底是什么？針對(duì)上述的病毒感染，又有哪些抑制劑呢？

病毒可以說是最佛系的微生物了，佛系到只留下了最基本的繁殖能力，以至于不能獨(dú)立營(yíng)生，必須依靠宿主細(xì)胞進(jìn)行代謝、復(fù)制。病毒的這種 “非法” 行為可以說完美地詮釋了什么叫做 “他山之石，可以攻玉”。

最簡(jiǎn)單的病毒體由兩個(gè)基本成分組成：核酸 (單鏈或雙鏈 RNA 或 DNA) 和蛋白質(zhì)外殼，衣殼。當(dāng)然，有些病毒還有額外的輔助結(jié)構(gòu)，稱為包膜。有包膜的病毒通常表現(xiàn)出糖蛋白刺突或瘤狀邊緣，也稱為包膜突起 (Peplomers)。例如新型冠狀病毒 (SARS-CoV-2)，其包膜突起的形狀像皇冠，于是這類病毒被稱為冠狀病毒。

        病毒不僅形態(tài)各異，而且復(fù)制方式復(fù)雜，可分為 RNA 病毒，DNA 病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒。RNA 病毒根據(jù)基因組又可進(jìn)一步分為雙鏈 RNA 病毒，正義單鏈 RNA 病毒，反義單鏈 RNA 病毒，單鏈 RNA 逆轉(zhuǎn)錄病毒。DNA 病毒根據(jù)基因組又可分為雙鏈DNA 病毒，單鏈 DNA 病毒，雙鏈 DNA 逆轉(zhuǎn)錄病毒。

當(dāng)筆者寫到這里的時(shí)候，都不禁感嘆，連復(fù)制方式都這樣花樣百出，你們才是地球真正的主人！

新冠狀病毒 (SARS-CoV-2)

     SARS-CoV-2 屬于冠狀病毒科 β 屬，是具有包膜的正義單鏈 RNA 病毒。SARS-CoV-2 基因組編碼非結(jié)構(gòu)蛋白，結(jié)構(gòu)蛋白和輔助蛋白。非結(jié)構(gòu)蛋白包括 3-胰凝乳蛋白酶樣蛋白酶 (3CLpro)，木瓜蛋白酶樣蛋白酶 (PLpro)、解旋酶 (Helicase)、和 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RDRP) 等，結(jié)構(gòu)蛋白包括刺突糖蛋白 (Spike Glycoprotein) 等。

以上五種蛋白都被認(rèn)為是可開發(fā)的抗病毒藥物靶標(biāo) (表 1)，如 SARS-CoV-2 通過刺突蛋白 (Spike Glycoprotein, S 蛋白; PDB ID: 6VSB) 靶向受體人血管緊張素轉(zhuǎn)換酶 2 (ACE2) 進(jìn)入細(xì)胞。據(jù)此，MCE 針對(duì)病毒 S 蛋白 (PDB ID: 6VSB) 以及 ACE2 結(jié)構(gòu)，用 MCE 老藥新用化合物庫進(jìn)行了虛擬篩選 (詳細(xì)信息請(qǐng)參見：抗 COVID-19 化合物庫更新啦!)

而在這次疫情中使用的抗 HIV 藥物洛匹那韋 (Lopinavir) 和利托那韋 (Ritonavir)，最早是用來抑制 HIV 蛋白酶的。這兩種抑制劑在 2003 年用于治療 SARS-CoV 引起的非典型肺炎有明顯療效，由于它們可結(jié)合 SARS-CoV 3CLpro 的活性位點(diǎn)，而 SARS-CoV-2 與 SARS-CoV 高度同源，所以也被應(yīng)用于治療 SARS-CoV-2。

   同時(shí)，饒子和/楊海濤團(tuán)隊(duì)迅速響應(yīng)，解析了 SARS-CoV-2 3CLpro 蛋白的高分辨率晶體結(jié)構(gòu) (PDB ID: 6LU7)。同樣，MCE 也針對(duì) 3CLpro 蛋白進(jìn)行高通量計(jì)算機(jī)虛擬篩選 (詳細(xì)信息請(qǐng)參見：抗 COVID-19 化合物庫更新啦!)，篩選結(jié)果除了上述已在使用的洛匹那韋、利托那韋外，抗 HIV 藥物沙奎那韋 (Saquinavir)、蛋白酶抑制劑卡非佐米 (Carfilzomib) 均在列。同時(shí)，也篩選出一些報(bào)道較少的分值較高的化合物，比如奈非那韋 (Nelfinavir)、Adaptavir。其中，Zhijian Xu 等人通過分子對(duì)接和結(jié)合自由能計(jì)算等方法，認(rèn)為 Nelfinavir 可與 3CLpro 結(jié)合，是 SARS-CoV-2 3CLpro 的潛在抑制劑。除此之外，廣譜抗病毒藥物 Remdesivir (一種腺苷類似物，可整合到新生的病毒RNA鏈中并導(dǎo)致過早終止)，和 Chloroquine (廣泛使用的抗瘧疾和自身免疫性疾病藥物) 在體外 SARS-CoV-2 感染研究中，表現(xiàn)出較好的治療效果。Remdesivir 目前進(jìn)入臨床 III 期的研究中。

表 1

       人類免疫缺陷病毒 (HIV)人類免疫缺陷病毒 HIV 可謂惡名昭著，而獲得性免疫缺陷綜合癥 (AIDS) 就是高度易變的 HIV 長(zhǎng)期感染的結(jié)果。

HIV 的基因組由兩條相同的單鏈 RNA 分子組成。像其他所有病毒一樣，HIV 必須進(jìn)入易感細(xì)胞才能復(fù)制。而 HIV 進(jìn)入宿主細(xì)胞是個(gè)復(fù)雜的過程，簡(jiǎn)單地說，就是由 gp120 和 gp41 亞基組成的 HIV 病毒包膜 (Env) 首先與宿主細(xì)胞結(jié)合，并結(jié)合 CD4。這會(huì)引起 Env 的構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致共受體結(jié)合，這部分由 Env 的 Variable Loop 3 介導(dǎo)。當(dāng) gp41 的融合肽插入目標(biāo)膜后，將啟動(dòng)膜融合過程，然后形成六螺旋束 (6HB) 并完成膜融合。

病毒和細(xì)胞膜融合后，病毒衣殼核心分解，病毒核酸與病毒體蛋白結(jié)合進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。在病毒 RNA 和病毒粒子蛋白的復(fù)合物 (逆轉(zhuǎn)錄復(fù)合物) 中，逆轉(zhuǎn)錄酶催化互補(bǔ) DNA 的合成。所得的含有病毒 cDNA 的復(fù)合物 (預(yù)整合復(fù)合物) 被轉(zhuǎn)運(yùn)至宿主細(xì)胞核，在此，病毒整合酶催化病毒 cDNA 在宿主細(xì)胞 DNA 內(nèi)整合形成原病毒。傳播過程的每一步，都可提供潛在的治療策略來阻止這種進(jìn)展 (表 2)。

表 2 

流感病毒 (Influenza Virus)

流感病毒屬于負(fù)鏈單鏈 RNA 病毒，包膜上存在許多放射狀突起的糖蛋白，分別是紅細(xì)胞血凝素 ( Hemagglutinin, HA) 、神經(jīng)氨酸酶 (Neuraminidase, NA) 和基質(zhì)蛋白 M1、M2，另外還有聚合酶蛋白 (PB1, PB2 和 PA) 、非結(jié)構(gòu)蛋白 1 和 2 (Non-structural proteins, NS1 和NS2/NEP) 、核蛋白 (Nucleoprotein, NP) 和基質(zhì)蛋白(Matrixprotein, MP)。根據(jù) NP 和 MP 抗原性差異，可將流感病毒分為甲、乙、丙型。其中甲型流感病毒根據(jù)其血凝素 (HA) 和神經(jīng)氨酸酶 (NA) 性質(zhì)，按亞型分類，共有 18 種 HA 亞型和 11 種 NA 亞型。子類型通過組合 H 和 N 編號(hào)命名，例如 H1N1、H3N2 等。

         目前的抗流感病毒藥物，均是根據(jù)上述的靶點(diǎn)設(shè)計(jì) (表 3)。

表 3

       丙型肝炎病毒 (HCV)丙型肝炎病毒 (HCV) 是一種單鏈 RNA 病毒，可能會(huì)導(dǎo)致肝硬化和肝細(xì)胞癌，其天然靶點(diǎn)是肝細(xì)胞，可能還有 B 淋巴細(xì)胞。HCV 的復(fù)制是通過缺少“校對(duì)”功能的依賴于 RNA 的 RNA 聚合酶發(fā)生的，因此受感染者體內(nèi) HCV 病毒進(jìn)化迅速，在免疫介導(dǎo) HCV 控制方面帶來了重大挑戰(zhàn)。

HCV 的生命周期始于病毒顆粒附著肝細(xì)胞上的特異受體 (scavenger receptor class B type I、CD81、claudin-1 和 occludin)，接著網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，然后在病毒膜和內(nèi)體膜之間融合，病毒脫殼以釋放其基因組 RNA。HCV 基因組 RNA 用于胞質(zhì)中的多蛋白翻譯 (結(jié)構(gòu)蛋白 E1，E2，核心蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白 p7，NS2，NS3，NS4A，NS4B，NS5A，NS5B) 和復(fù)制。

HCV 復(fù)制是由非結(jié)構(gòu)蛋白 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 NS5B 蛋白催化的，而其他病毒非結(jié)構(gòu)蛋白如 NS3，NS4B，NS5A 也很重要。許多細(xì)胞因子也參與了丙型肝炎病毒的復(fù)制，如親環(huán)素 A (cyclophilin A)，microRNA-22 等，可針對(duì)其中一些細(xì)胞因子開發(fā)抑制劑。另外，極低密度脂蛋白合成/分泌機(jī)制參與了感染性 HCV 顆粒的產(chǎn)生。

同樣，HCV 生命周期中的多個(gè)步驟為直接作用抗病毒藥 (DAA) 提供了目標(biāo) (表 4)。

表 4

乙型肝炎病毒 (HBV)

HBV 是小包膜 DNA 肝炎病毒家族的原型成員，具有與逆轉(zhuǎn)錄病毒相似的異常特征。HBV 是肝病和肝癌的常見病因。

由于 HBV  建立和維持了一個(gè)共價(jià)閉合的環(huán)狀 DNA (cccDNA)，因此它在肝細(xì)胞中持續(xù)存在。cccDNA 用作病毒 RNA 合成的主要模板，包括前基因組 RNA (pgRNA)，隨后通過 HBV 聚合酶介導(dǎo)的逆轉(zhuǎn)錄步驟在核衣殼內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)化，成為松弛環(huán)狀 DNA (rcDNA)。不同的病毒顆粒和抗原在受感染患者的血液中循環(huán)，包括 HBe 抗原 (HBeAg)，Dane 顆粒 (感染性顆粒或病毒體)，球和桿狀顆粒 (空包膜顆粒)，這三者是分泌的 HBs 抗原 (HBsAg) 池。

HBV 生命周期的步驟也為抗病毒藥提供了目標(biāo) (表 5)。

表 5

由病毒引起的傳染病造成了許多的死亡，一代又一代的 “逆行英雄”，與疫情對(duì)抗，盡全力拯救生命。筆者想用加繆《鼠疫》中的一句話作為結(jié)尾：對(duì)未來的真正慷慨，是把一切獻(xiàn)給現(xiàn)在。