新冠病毒研究大突破！中国细胞生物学学会会员肖斌博士发现潜在治疗活性小分子
发布日期：2020-02-17 浏览次数：2563
武汉爆发的新型冠状病毒（SARS-CoV-2）所导致的疾病（COVID-19）疫情正处于关键防控时期。近日内蒙古鄂尔多斯市中心医院肖斌博士(中国细胞生物学学会会员、内蒙古细胞生物学会常务理事)与北京中日友好医院张维库研究员组成联合研究小组，基于传统中医药“以毒攻毒”理念，利用计算机辅助药物设计等技术手段，开展了从有毒中药瑞香狼毒中筛选抗SARS-CoV-2药物的研究工作，并获得了2个潜在高活性的小分子。
“以毒攻毒”疗法已成为世界范围内医学界共同关注的方法，在临床应用及药理研究中已被广泛应用于毒病、大病、危病、急病、重病、难病、顽固性疾病的治疗中，显示出明显的疗效与可贵的价值。瑞香狼毒（断肠草，蒙药名：达楞图如）始载于《神农本草经》，主产于我国内蒙古、黑龙江、甘肃、青海等地。其味辛，性平，有毒，归肝、脾经；主咳逆上气，破积聚饮食、寒热水气，具有逐水祛痰、破积杀虫之功效。近年来的研究显示，其提取物及所含化学成分具有抗病毒活性（其中若干化合物具有较强的抗HIV活性以及较低的细胞毒性，EC90<1 nM）。
病毒生命周期需经历吸附、侵入、脱壳、生物合成、组装和释放等六大步骤，各类病毒蛋白在此过程中分工明确、高度协作。Mpro蛋白为SARS-CoV-2病毒orf1ab多聚蛋白基因组序列编码蛋白的一段，负责将多聚蛋白水解为功能性多肽。而Mpro蛋白表面的空腔（潜在结合口袋）成为抗SARS-CoV-2药物的潜在活性位点。同时，Mpro蛋白为冠状病毒所特有，人体内没有与其相似或相同的蛋白，有效抑制该酶的水解作用可阻断冠状病毒的复制过程。当前基于Mpro靶点的药物开发备受瞩目。
图1.亲和力最高的结合构象（上为狼毒素，与氨基酸残基THR-26、TYR-54、LEU-141形成3个氢键结合；下为异狼毒素，与氨基酸残基SER-144、CYS-145、GLY-143、LEU-141、GLU-166形成5个氢键结合）。
武汉疫情爆发后，饶子和院士/杨海涛教授团队快速表达并获得了高分辨率晶体结构的SARS-CoV-2 Mpro水解酶（PDB ID：6LU7）。国内诸多研究团队陆续通过虚拟或体外活性筛选手段发现了系列可能对新型冠状病毒有治疗作用的药物、活性天然产物和中药，其中包括瑞德西韦（Remdesivir，美国Gilead Science在研药物）。随后的体外活性筛选表明瑞德西韦呈现出良好的抗SARS-CoV-2活性。当前，由北京中日友好医院、中国医学科学院药物研究所共同牵头实施的“瑞德西韦对SARS-CoV-2轻度与中度感染的安全性与有效性”Ⅲ期临床研究已经开展。基于自主知识产权治疗药物的考量，抗SARS-CoV-2潜在药物发现的工作至关重要。
在饶子和院士/杨海涛教授团队快速表达并获得了高分辨率的SARS-CoV-2 Mpro水解酶晶体结构后，内蒙古鄂尔多斯市中心医院折占飞副院长关注疫情发展，并提议科研人员适当开展相关研究工作。学会会员肖斌博士迅速与饶子和院士课题组取得联系，第一时间获得了靶点信息支持。随后基于Mpro晶体结构，肖斌、张维库等人综合运用计算机辅助药物设计等技术手段，对瑞香狼毒中的百余个小分子化合物进行了研究工作。鉴于Mpro蛋白表面多空腔的特点，除与6LU7中小分子配体Mpro_B进行对比外，研究小组采用了全覆盖靶点蛋白（global grid box）的搜索策略，从中筛选出2个与Mpro靶点亲和力强且策略方法重现性高的双黄酮化合物狼毒素（Chamaejasmin）和异狼毒素（Isochamaejasmin），这2个化合物靶点亲和力均大于瑞德西韦、利托那韦（Ritonavir）、更昔洛韦（Ganciclovir）、利巴韦林（Ribavirin）、氯喹（Chloroquine）、达芦那韦（Darunavir）、阿巴卡韦（Abacavir）等已知药物，且均能有效占据已知的Mpro蛋白结合位点并形成若干重要的氢键结合（图1）。该研究为瑞香狼毒中天然产物的生物活性研究拓展了方向，可考虑将其纳入抗SARS-CoV-2体内外活性筛选中。
功能性蛋白质对病毒的感染和复制发挥着重要作用，单独或同时干扰其中的一个或多个蛋白质的功能，抑制其活性，可阻断病毒感染宿主细胞或在宿主细胞内自我复制的过程，从而起到治疗效果。目前，联合研究小组正在基于SARS-CoV-2相关靶点寻找更多可能的潜在药物分子，也将针对与Mpro靶点蛋白亲和力较强的狼毒中天然产物继续进行深入的抗SARS-CoV-2体内外活性测试，以期为抗新型冠状病毒肺炎药物的发现和开发提供更多信息。
本研究得到了内蒙古鄂尔多斯市中心医院折占飞副院长、内蒙古细胞生物学会苏秀兰教授的指导和宁海宁、韩晓燕等人的参与，在此一并致谢！
