追逐抗病毒药物创新的“星辰大海”

研发之路道阻且长 技术融合上下求索

发布日期：2022-07-18 阅读次数：11486 来源：中国医药报

摘要：

病毒感染疾病对人类生命健康与社会发展造成了巨大威胁。自1962年碘苷作为首个抗病毒药物被批准以来，抗病毒药物的发展就进入了新阶段，新冠病毒引起的全球疫情更使得抗病毒药物的研发步入了快车道。

虽然抗病毒药物研发取得了较大进展，然而现有的抗病毒药物和疗法仍有较多局限性，无法满足临床实际应用需求，研发具有新机制新结构的抗病毒药物迫在眉睫。

运用多种策略开发广谱抗耐药的抗病毒药物，是应对目前及未来可能出现的病毒感染的重要方法。

迎接多重挑战

尽管目前已有数十种抗病毒药物被批准用于治疗病毒感染引起的疾病，但抗病毒药物的发展依然面临着巨大的挑战。

新发病毒的威胁

目前,抗病毒药物的研究重点限于对抗流感病毒、肝炎病毒、疱疹病毒、冠状病毒、艾滋病毒（HIV）感染，以及用于增强机体免疫力的免疫调节剂等，但这些研究在面对种类繁多的病毒时显得力不从心。

加之新型病毒的出现与流行是难以预测的，例如近期在欧洲、美洲、大洋洲等多地出现的不明肝炎和猴痘，引起了全球高度警惕。

病毒变异和耐药

病毒基因组中出现耐药性相关突变，及其导致病毒丧失对抗病毒药物的敏感性，是治愈病毒感染的主要障碍，也是病毒感染防治的限制因素之一。耐药性有利于病毒在人类群体中的生存，同时也会大大降低抗病毒药物的疗效。

药物无法彻底清除体内病毒

某些病毒感染人体后，病毒的基因会整合进入宿主基因组中，部分病毒还会长期潜伏于某些组织器官中。在遇到一定的刺激后，病毒可被重新激活，使得疾病复发，难以被彻底从人体内清除。例如HIV会整合进宿主染色质中形成潜伏库，随着宿主细胞的复制而得到复制，且能够逃避宿主免疫系统的监视，因此难以从体内完全清除，所以HIV携带者需要终生服药。

患者依从性亟待改善

由于抗病毒药物大多需要联合使用，严格遵从医疗方案是使用联合抗病毒药物的要求，良好的服药依从性是确保实现免疫重建和病毒学抑制的重要前提。

但是，组合抗病毒疗法存在用药复杂、给药频繁、毒副作用大、患者容易遗忘等多种问题，导致患者依从性较差。

探索研发路径

为抵御新冠病毒，以及艾滋病毒、乙肝病毒等慢性病毒所造成的感染长期危害人类生命健康，采取有效的策略来开发广谱抗耐药性抗病毒药物以及特效药物，是当前以及未来长期的重大科研任务。

方向一：广谱抗病毒药物研发

广谱抗病毒药物可以作用于多种病毒或者同一病毒的多种基因型，通过靶向病毒复制过程中至关重要的宿主蛋白来发挥广谱抗病毒作用。

靶向病毒的共性环节或共同靶标

包膜病毒在进入细胞之前，通常会通过聚糖介导的相互作用与宿主细胞膜上的蛋白质对接，研究者因此提出了一种通过使用合成糖受体来破坏这些相互作用的方法。作为一种高糖基化包膜病毒的有效抑制剂，合成糖受体不仅可以抑制病毒侵入，还能够通过干扰包膜的糖分子，使病毒暴露于宿主免疫系统中，从而被清除，可谓具有双重作用模式。据了解，合成糖受体抑制剂具有抗寨卡病毒、流感病毒和艾滋病毒活性，并有望成为针对登革病毒及新冠病毒等其他包膜病毒的广谱抑制剂。

在包膜病毒的复制周期中，病毒和细胞膜融合后才能进入细胞，因此靶向病毒膜融合过程也是有效的抗病毒策略。2018年，研究人员发现以病毒融合蛋白为靶标的α-螺旋脂肽对中东呼吸综合征冠状病毒及甲型流感病毒表现出广谱活性。

RNA病毒的基因组复制所需要的RNA依赖的RNA或DNA聚合酶在人体中不存在且相对保守，是一种理想的抗病毒药物研发靶标。在不同的病毒家族中，病毒聚合酶具有相似的整体结构和功能基序，因此针对某一种病毒聚合酶设计的抑制剂往往对其他病毒也有较好的抑制作用。如核苷类似物瑞德西韦被发现具有广谱抗病毒活性，研究表明，它可以通过抑制病毒聚合酶进而对一系列的RNA病毒发挥作用，包括沙粒病毒科、丝状病毒科、黄病毒科和冠状病毒科等，瑞德西韦由此也成为首个在美国获批上市的治疗新冠肺炎的小分子药物。

靶向病毒复制所必需的宿主蛋白

病毒复制需要宿主细胞提供必要的酶和底物。因此，抑制病毒复制周期中必要的宿主蛋白（如酶类和受体）的功能，能够起到抑制病毒复制的作用。

病毒宿主激酶在许多病毒的复制过程中起着至关重要的作用，已成为抗病毒开发的潜在靶标。如表皮生长因子受体可以作为人巨细胞病毒和腺相关病毒血清6型进入宿主细胞的共同受体；衔接蛋白相关激酶1（adaptor-associated kinase 1, AAK1）可调节多种病毒在细胞内的转运，2019年报道的一项研究发现，具有高AAK1亲和力的新型吡咯并[2,3-b]吡啶类化合物表现出优异的抗登革病毒活性和较好的抗埃博拉病毒活性，表明靶向细胞AAK1是开发广谱抗病毒药物的有效途径。

参与宿主蛋白翻译的抑制剂Plitidepsin，通过抑制真核细胞翻译延伸因子，在体外表现出良好的抗新冠病毒活性。

另外，研究表明，靶向宿主细胞的二氢乳清酸脱氢酶抑制剂，能够通过抑制病毒基因组复制和调节免疫两种方式发挥广谱抗病毒作用。

此外，药物再定位策略作为开发广谱抗病毒药物的常用方法，可以绕过药物开发早期阶段所花费的时间和成本，从而加快抗病毒药物的研发过程。

方向二：抗耐药性抗病毒药物研发

运用多靶标药物设计策略或多位点结合策略，可以克服针对单一靶标或单一位点进行药物设计的局限性，并可通过降低耐药性和不良反应发生率来提高其治疗效果。2016年，研究人员公开了一个3-嘧啶酮-2,4-二酮-5-N-苄基甲酰胺类化合物，它不仅对HIV-1整合酶和核糖核酸水解酶H具有双重抑制活性，而且也是一种有效的整合酶突变体抑制剂。

共价抑制剂首先通过非共价和可逆的相互作用识别目标蛋白，然后形成不可逆的共价键。在共价键产生后，药物可以长久地保持其抑制活性，直到靶标消失。因此，在理论上，共价抑制剂可以利用减少药物暴露和延长作用时间的优势，进而克服耐药性。例如研究者发现一种针对HIV-1逆转录酶Cys181的共价抑制剂，可有效降低含有Cys181的HIV-1突变体的活性。

蛋白降解靶向嵌合体（Proteolysis Targeting Chimeria，PROTAC）可以通过同时结合目标蛋白和E3泛素连接酶形成三元复合物，随后目标蛋白被泛素化，继而被蛋白酶体降解。与传统小分子抑制剂相比，PROTAC的靶标范围广泛，可作用于一些难成药靶标，且具有催化降解功能。从抗病毒的角度来看，PROTAC可直接降解目标蛋白，能够避免目标蛋白的突变或过表达引起的耐药性。2019年，研究人员公开了一种新型降解丙肝病毒蛋白酶的PROTAC分子，该分子保留了抑制丙肝病毒蛋白酶的能力，表现出对蛋白酶良好的降解效果，并对耐药株具有良好的抗病毒活性。该研究工作验证了利用靶向蛋白降解技术开发抗耐药性抗病毒药物是可行的。

随着结构生物学、生物信息学和计算机辅助药物设计的发展，基于靶标结构的精准药物设计在开发抗病毒药物的过程中发挥着关键作用。其作用是通过比较耐药株和野生型病毒的蛋白质晶体结构以了解耐药机制，加快抗耐药性抗病毒药物的研发进程。

借力技术融通

药物研发是一项极其复杂的系统工程，不仅需要国内外学术界优势互补、强强联合，更需要产业界的密切配合，助力飞跃成果转化的“死亡之谷”。具体到抗病毒药物研发，更要“聚四海之气、借八方之力”。

在抗新冠病毒药物研发中，药物化学、有机合成、计算化学、病毒学、分子生物学、结构生物学等学科的交叉与技术融通体现得淋漓尽致：基于晶体学的片段筛选（Crystallographic fragment screening）、高通量蛋白结晶学（High-throughput protein crystallography）、共价结合药物、以核酸为靶标的药物设计、核酸降解（Ribonuclease targeting chimeras）、核酸适体、DNA编码库（DNA-encoded libraries）、高通量合成（High-throughput synthesis）、超高通量虚拟筛选（Ultralarge virtual screening）、自由能微扰（Free-energy perturbation）等技术的新应用如“八仙过海各显神通”；老药新用、表型筛选等药物发现传统方法、双靶标与变构结合等药物优化经典策略如宝刀就砺、历久弥新；生物无机化学、超分子化学等基础学科更如枯木逢春、重焕生机。

在学科交叉的广度及技术融合的深度上，抗病毒药物的研发可谓 “致广大而尽精微”且“无所不用其极”。仅以生物无机化学为例，生物无机化学是研究生物体内的金属离子、小分子配合物及金属蛋白的传统学科。在抗病毒药物设计中，相关的金属蛋白主要包括镁离子和锌离子依赖的酶。其中，镁离子参与核酸生物化学中的多种催化过程，在不同病毒的复制中发挥着关键作用。镁离子依赖的抗病毒药物靶标有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、流感病毒核酸内切酶等。锌指蛋白参与多种DNA转录和修复过程，其锌指结构域由半胱氨酸和组氨酸残基的氨基酸序列组成，介导了大量DNA结合蛋白的序列识别。近年来，以锌离子依赖蛋白为靶标的抗病毒药物已成为新的研究热点。如锌离子逐出剂双硫仑和依布硒，可以靶向新冠病毒高度保守的木瓜蛋白酶和非结构蛋白nsp10中的锌离子结合和/或半胱氨酸区域，发挥抗病毒作用。

由于金属类型、金属氧化状态以及配体类型和数目的多样性，金属配合物产生了种类繁多的金属药物，并具有广泛的生物活性。如钴配合物CTC-96是抑制单纯疱疹病毒1型等包被病毒的广谱抑制剂。