​首个蛋白酶降解剂！从抑制剂到降解剂，SARS-CoV-2疗法的迭代之旅

来源：药渡

撰文：balabala     编辑：安非他命

SARS-CoV-2是造成COVID-19大流行的病原体，SARS-CoV-2携带近30 kb的RNA基因组，编码四种结构蛋白（刺突、包膜、膜和核衣壳）、两个重叠多蛋白（pp1a和pp1ab）以及几个辅助因子。这两种多蛋白被两种病毒半胱氨酸蛋白酶，主蛋白酶（Mpro，也称为3-糜蛋白酶样蛋白酶，3CLpro）和木瓜样蛋白酶（PLpro）自动水解成16个非结构蛋白（NSP1- NSP16），对病毒复制和转录是必需的。

抗病毒药物的主要目的是针对上述不同阶段，通过抑制或干扰其感染或复制过程阻断病毒的感染和传播，根据药物靶点的不同，将抗病毒药物分为以病毒蛋白为靶点的直接抗SARS-CoV-2药物，以及以宿主细胞蛋白为靶点的间接抗SARS-CoV-2药物。

近年来，以病毒蛋白为靶点的直接抗SARS-CoV-2药物的研发层出不穷，从Mpro抑制剂帕西洛韦（Paxlovid）到Mpro降解剂HP211206，新型冠状病毒药物的研发面临着新的机遇和挑战。

01

关于SARS-CoV-2

席卷全球的新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)由一种新型单链RNA冠状病毒引起，该病毒被命名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。SARS-CoV-2是一种有包膜的正链单股RNA病毒，与严重急性呼吸综合征冠状病毒1（SARS-CoV-1）和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）相似。

冠状病毒进入宿主细胞的过程，依赖于刺突蛋白（Spike protein）与宿主细胞表面血管紧张素转换酶2（ACE2）受体的结合，之后通过受体引导的内吞作用进入细胞，释放病毒基因组，完成病毒聚合酶的转录，进行基因组复制和结构蛋白的合成，最后组装成完整的病毒颗粒，通过胞吐作用被释放到胞外完成增殖。其基因组进入宿主细胞后，会借助宿主细胞机制编码出非结构蛋白：如3C样胰凝乳蛋白酶(3-chymotrypsin-like protease，3CLpro)、木瓜样蛋白酶(papain-li ke protease，PLpro，nsp3)、解旋酶(helicase)和RNA依赖性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RdRp)及结构蛋白：如刺突糖蛋白(spike protein)和辅助蛋白(accessory protein)，以进行病毒复制(图1)。

02

潜在靶点及治疗药物

SARS-CoV-2感染宿主细胞的机制是通过病毒附着、融合、渗透、脱壳、转录、翻译和病毒粒子释放等一系列过程进行增殖，抗病毒药物的主要目的是针对上述不同阶段，通过抑制或干扰其感染或复制过程，阻断病毒的感染和传播。因此，针对药物靶点的不同，可以将抗病毒药物分为以突刺蛋白、3CLpro、PLpro和RdRp等病毒蛋白为靶点的直接抗SARS-CoV-2药物，以及以ACE2和TMPPSS2宿主细胞蛋白为靶点的间接抗SARS-CoV-2药物。

现阶段针对SARS-CoV-2的口服小分子药物已取得突破性进展，多种治疗药物已进入Ⅲ期临床试验。吉利德研发的瑞德西韦（Remdesivir）及辉瑞研发的帕西洛韦（Paxlovid）(图1）分别是首个上市的RdRp及3CLpro的抑制剂。

图1. SARS-CoV-2 生命周期及有效抑制靶点

03

Mpro：COVID-19治疗的潜在靶点

Mpro是新型冠状病毒（2019-nCoV, SARS-CoV-2）产生的主要的蛋白酶，冠状病毒大多数功能蛋白（非结构蛋白）由ORF1ab基因编码，先翻译成一个多蛋白体（7096aa），再由Mpro切割成多个有活性的蛋白如病毒复制蛋白RdRp。

此外，该蛋白可能切割胞内蛋白NEMO（NF-κB 必须调节剂，亦称 IKKγ），从而抑制干扰素信号途径的活化。因此，拮抗Mpro能够有效抑制病毒的感染与复制。所以，Mpro是抗病毒药物研发的关键靶点。目前，对靶向SARS-CoV-2 Mpro的药物开发研究主要是通过抑制Mpro的活性，从而阻止多聚蛋白形成非结构蛋白，最终抑制SARS-CoV-2的复制。 

目前，已经上市的Mpro抑制剂有辉瑞研发的帕西洛韦（Paxlovid）。Paxlovid是由Mpro抑制剂PF-07321332与低剂量Ritonavir（利托那韦）组成的复方制剂(图2）。PF-07321332旨在阻止新冠病毒的繁殖，而Ritonavir则减缓PF-07321332在体内的分解，以使其在体内保持较长时间和较高浓度的活性，帮助对抗病毒。

有了辉瑞的"代言"后，Mpro已成为抗新冠口服药物中最火热的靶标，针对Mpro的研究层出不穷，针对Mpro的新型冠状病毒药物的研发面临着新的机遇和挑战。

图2. PF-07321332（左） 与 Ritonavir（右）结构

04

靶向蛋白降解技术

靶向蛋白降解最近已成为一种替代抑制剂的新药理学机制，与传统的占据驱动的药理学相比，其具有潜在的优势。蛋白的靶向降解可以通过开发靶向蛋白降解嵌合体（Proteolysis-targeting chimeras，PROTAC）分子来实现。PROTAC（图3）是一种双功能分子，其一端靶向目标蛋白，另一端招募E3泛素连接酶，使目标蛋白被泛素化，最终通过泛素-蛋白酶途径降解目标蛋白。该原理已成功地应用到多个目标靶点，包括激酶（RIPK2、BTK、BCR-ABL、CDK9）和转录酶（BRD4、BRD9、TRIM24）以及很多其它蛋白，该技术已被各大制药企业广泛部署为重要的新药发现战略，如诺华、艾伯维和吉利德等。

图3. PROTAC作用机制

由于在癌症和抗病毒药物发现中都具有靶标特异性和耐药性的类似挑战，靶向蛋白降解可能有利于开发新的抗病毒药物。由于其作用机制是事件驱动型，蛋白酶体降解在动力学上是不可逆的，使得PROTAC分子可以以低剂量实现多个靶分子的降解。与传统的小分子抑制剂相比，PROTAC的作用方式已被证明可提高靶标选择性、高效率以及更低的脱靶效应。

因此，PROTAC分子可能会表现出相对于常规抑制剂的不同性质，故在针对多功能病毒靶标方面可能有特别的效果。此外，靶向蛋白降解可能降解许多“不可成药”的病毒蛋白，或功能未知的病毒蛋白。因此，靶向蛋白降解技术可能为开发针对SARS-CoV-2病毒的药物，提供新的解决方案。

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首个Mpro降解剂HP211206

上述小分子可逆的Mpro功能抑制的一种可能的替代方法是通过泛素−蛋白酶体系统的蛋白降解机制，来降解和去除Mpro。这可能通过靶向嵌合体的蛋白质水解（PROTACs）来实现，这种策略已被证明可以降解与病毒相关的蛋白质，如肝炎和流感。然而，尚未用于SARS-CoV-2的蛋白质降解。

近日，香港中文大学医学院报道了一种新的异双功能小分子的设计、合成和生物学特性。研究人员设计并合成了异双功能分子HP211206，作为SARS-CoV-2病毒蛋白的小分子降解物。该分子可有效降解HEK 293T细胞中的SARS-CoV-2 Mpro及其耐药突变体，从而体现其作为抗SARS-CoV-2药物的潜在价值（图4）。这项研究展示了一种在COVID-19大流行中，发挥干预作用的重要蛋白质的化学策略。

图4. HP211206化学诱导的泛素蛋白酶体系统降解SARS-CoV-2 Mpro

至今，新冠病毒肺炎药物的研发仍进行地如火如荼，靶向蛋白降解技术为其带来了新的挑战和机遇。我们有理由相信，未来将有更多关于SARS-CoV-2靶点的新突破。

参考文献：

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