SARS-CoV-2是造成COVID-19大流行的病原體，SARS-CoV-2攜帶近30 kb的RNA基因組，編碼四種結構蛋白（刺突、包膜、膜和核衣殼）、兩個(gè)重疊多蛋白（pp1a和pp1ab）以及幾個(gè)輔助因子。這兩種多蛋白被兩種病毒半胱氨酸蛋白酶，主蛋白酶（Mpro，也稱(chēng)為3-糜蛋白酶樣蛋白酶，3CLpro）和木瓜樣蛋白酶（PLpro）自動(dòng)水解成16個(gè)非結構蛋白（NSP1- NSP16），對病毒復制和轉錄是必需的。
抗病毒藥物的主要目的是針對上述不同階段，通過(guò)抑制或干擾其感染或復制過(guò)程阻斷病毒的感染和傳播，根據藥物靶點(diǎn)的不同，將抗病毒藥物分為以病毒蛋白為靶點(diǎn)的直接抗SARS-CoV-2藥物，以及以宿主細胞蛋白為靶點(diǎn)的間接抗SARS-CoV-2藥物。
近年來(lái)，以病毒蛋白為靶點(diǎn)的直接抗SARS-CoV-2藥物的研發(fā)層出不窮，從Mpro抑制劑帕西洛韋（Paxlovid）到Mpro降解劑HP211206，新型冠狀病毒藥物的研發(fā)面臨著(zhù)新的機遇和挑戰。
01
關(guān)于SARS-CoV-2
席卷全球的新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)由一種新型單鏈RNA冠狀病毒引起，該病毒被命名為嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。SARS-CoV-2是一種有包膜的正鏈單股RNA病毒，與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒1（SARS-CoV-1）和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）相似。
冠狀病毒進(jìn)入宿主細胞的過(guò)程，依賴(lài)于刺突蛋白（Spike protein）與宿主細胞表面血管緊張素轉換酶2（ACE2）受體的結合，之后通過(guò)受體引導的內吞作用進(jìn)入細胞，釋放病毒基因組，完成病毒聚合酶的轉錄，進(jìn)行基因組復制和結構蛋白的合成，最后組裝成完整的病毒顆粒，通過(guò)胞吐作用被釋放到胞外完成增殖。其基因組進(jìn)入宿主細胞后，會(huì )借助宿主細胞機制編碼出非結構蛋白：如3C樣胰凝乳蛋白酶(3-chymotrypsin-like protease，3CLpro)、木瓜樣蛋白酶(papain-li ke protease，PLpro，nsp3)、解旋酶(helicase)和RNA依賴(lài)性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RdRp)及結構蛋白：如刺突糖蛋白(spike protein)和輔助蛋白(accessory protein)，以進(jìn)行病毒復制(圖1)。
02
潛在靶點(diǎn)及治療藥物
SARS-CoV-2感染宿主細胞的機制是通過(guò)病毒附著(zhù)、融合、滲透、脫殼、轉錄、翻譯和病毒粒子釋放等一系列過(guò)程進(jìn)行增殖，抗病毒藥物的主要目的是針對上述不同階段，通過(guò)抑制或干擾其感染或復制過(guò)程，阻斷病毒的感染和傳播。因此，針對藥物靶點(diǎn)的不同，可以將抗病毒藥物分為以突刺蛋白、3CLpro、PLpro和RdRp等病毒蛋白為靶點(diǎn)的直接抗SARS-CoV-2藥物，以及以ACE2和TMPPSS2宿主細胞蛋白為靶點(diǎn)的間接抗SARS-CoV-2藥物。
現階段針對SARS-CoV-2的口服小分子藥物已取得突破性進(jìn)展，多種治療藥物已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗。吉利德研發(fā)的瑞德西韋（Remdesivir）及輝瑞研發(fā)的帕西洛韋（Paxlovid）(圖1）分別是首 個(gè)上市的RdRp及3CLpro的抑制劑。
圖1. SARS-CoV-2 生命周期及有效抑制靶點(diǎn)
03
Mpro：COVID-19治療的潛在靶點(diǎn)
Mpro是新型冠狀病毒（2019-nCoV, SARS-CoV-2）產(chǎn)生的主要的蛋白酶，冠狀病毒大多數功能蛋白（非結構蛋白）由ORF1ab基因編碼，先翻譯成一個(gè)多蛋白體（7096aa），再由Mpro切割成多個(gè)有活性的蛋白如病毒復制蛋白RdRp。
此外，該蛋白可能切割胞內蛋白NEMO（NF-κB 必須調節劑，亦稱(chēng) IKKγ），從而抑制干擾素信號途徑的活化。因此，拮抗Mpro能夠有效抑制病毒的感染與復制。所以，Mpro是抗病毒藥物研發(fā)的關(guān)鍵靶點(diǎn)。目前，對靶向SARS-CoV-2 Mpro的藥物開(kāi)發(fā)研究主要是通過(guò)抑制Mpro的活性，從而阻止多聚蛋白形成非結構蛋白，最終抑制SARS-CoV-2的復制。
目前，已經(jīng)上市的Mpro抑制劑有輝瑞研發(fā)的帕西洛韋（Paxlovid）。Paxlovid是由Mpro抑制劑PF-07321332與低劑量Ritonavir（利托那韋）組成的復方制劑(圖2）。PF-07321332旨在阻止新冠病毒的繁殖，而Ritonavir則減緩PF-07321332在體內的分解，以使其在體內保持較長(cháng)時(shí)間和較高濃度的活性，幫助對抗病毒。
有了輝瑞的"代言"后，Mpro已成為抗新冠口服藥物中最火熱的靶標，針對Mpro的研究層出不窮，針對Mpro的新型冠狀病毒藥物的研發(fā)面臨著(zhù)新的機遇和挑戰。
圖2. PF-07321332（左） 與 Ritonavir（右）結構.
04
靶向蛋白降解技術(shù)
靶向蛋白降解最近已成為一種替代抑制劑的新藥理學(xué)機制，與傳統的占據驅動(dòng)的藥理學(xué)相比，其具有潛在的優(yōu)勢。蛋白的靶向降解可以通過(guò)開(kāi)發(fā)靶向蛋白降解嵌合體（Proteolysis-targeting chimeras，PROTAC）分子來(lái)實(shí)現。PROTAC（圖3）是一種雙功能分子，其一端靶向目標蛋白，另一端招募E3泛素連接酶，使目標蛋白被泛素化，最終通過(guò)泛素-蛋白酶途徑降解目標蛋白。該原理已成功地應用到多個(gè)目標靶點(diǎn)，包括激酶（RIPK2、BTK、BCR-ABL、CDK9）和轉錄酶（BRD4、BRD9、TRIM24）以及很多其它蛋白，該技術(shù)已被各大制藥企業(yè)廣泛部署為重要的新藥發(fā)現戰略，如諾華、艾伯維和吉利德等。
圖3. PROTAC作用機制
由于在癌癥和抗病毒藥物發(fā)現中都具有靶標特異性和耐藥性的類(lèi)似挑戰，靶向蛋白降解可能有利于開(kāi)發(fā)新的抗病毒藥物。由于其作用機制是事件驅動(dòng)型，蛋白酶體降解在動(dòng)力學(xué)上是不可逆的，使得PROTAC分子可以以低劑量實(shí)現多個(gè)靶分子的降解。與傳統的小分子抑制劑相比，PROTAC的作用方式已被證明可提高靶標選擇性、高效率以及更低的脫靶效應。
因此，PROTAC分子可能會(huì )表現出相對于常規抑制劑的不同性質(zhì)，故在針對多功能病毒靶標方面可能有特別的效果。此外，靶向蛋白降解可能降解許多“不可成藥”的病毒蛋白，或功能未知的病毒蛋白。因此，靶向蛋白降解技術(shù)可能為開(kāi)發(fā)針對SARS-CoV-2病毒的藥物，提供新的解決方案。
05
首 個(gè)Mpro降解劑HP211206
上述小分子可逆的Mpro功能抑制的一種可能的替代方法是通過(guò)泛素?蛋白酶體系統的蛋白降解機制，來(lái)降解和去除Mpro。這可能通過(guò)靶向嵌合體的蛋白質(zhì)水解（PROTACs）來(lái)實(shí)現，這種策略已被證明可以降解與病毒相關(guān)的蛋白質(zhì)，如肝炎和流感。然而，尚未用于SARS-CoV-2的蛋白質(zhì)降解。
近日，香港中文大學(xué)醫學(xué)院報道了一種新的異雙功能小分子的設計、合成和生物學(xué)特性。研究人員設計并合成了異雙功能分子HP211206，作為SARS-CoV-2病毒蛋白的小分子降解物。該分子可有效降解HEK 293T細胞中的SARS-CoV-2 Mpro及其耐藥突變體，從而體現其作為抗SARS-CoV-2藥物的潛在價(jià)值（圖4）。這項研究展示了一種在COVID-19大流行中，發(fā)揮干預作用的重要蛋白質(zhì)的化學(xué)策略。
圖4. HP211206化學(xué)誘導的泛素蛋白酶體系統降解SARS-CoV-2 Mpro
至今，新冠病毒肺炎藥物的研發(fā)仍進(jìn)行地如火如荼，靶向蛋白降解技術(shù)為其帶來(lái)了新的挑戰和機遇。我們有理由相信，未來(lái)將有更多關(guān)于SARS-CoV-2靶點(diǎn)的新突破。
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