PNAS：在体外快速和高效地鉴定出靶向SARS-CoV-2主蛋白酶的强效抑制剂

2021年9月8日讯/生物谷BIOON/---旨在引发人类对SARS-CoV-2（引起COVID-19的新型冠状病毒）免疫反应的疫苗开发已经取得了很大进展。此外，科学家们还在加快抗病毒药物的开发，以治疗感染者。不幸的是，传统的药物开发往往较为缓慢，成本昂贵，无法满足这种全球大流行病的公共卫生需求。

在一项新的研究中，来自美国贝勒医学院、德克萨斯州儿童医院和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员转向了一种创新的、更快、更具成本效益的药物发现技术，筛选出数十亿种化合物，以便寻找潜在的抗病毒治疗药物。他们能够确定一种称为主蛋白酶（Mpro）的病毒蛋白的抑制剂，蛋白Mpro是病毒增殖所需的，特别是SARS-CoV-2。相关研究结果发表在2021年9月7日的PNAS期刊上，论文标题为“DNA-encoded chemistry technology yields expedient access to SARS-CoV-2 Mpro inhibitors”。

为何把Mpro作为冠状病毒的药物靶点来关注？

论文共同通讯作者、贝勒医学院药物发现中心副主任Damian Young博士说，“像SARS-CoV-2这样的病毒能够在人体细胞内进行自我增殖，因此如果你能找到阻断这一过程的关键部分的分子，那么你就能阻止病毒传播。”

Young和他的同事们用来筛选他们的化合物的方法并不是全新的，主要用于治疗不同形式的癌症。这是第一次报道它被有效地应用于SARS-CoV-2。

这种筛选过程有什么独特之处？

一种较为常用的发现药物的方法被称为高通量筛选（High Throughput Screening），它涉及在单个试管中最多筛选100万个化合物。但是在这项新的研究中，这些作者使用了一种叫做DNA编码化学技术（DNA-Encoded Chemistry Technology, DEC-Tec）的方法，这使他们能够在一个试管中针对一种关键的SARS-CoV-2蛋白筛选出40亿个DNA编码分子，以找到一种可能改变该蛋白行为方式的分子。

这些作者鉴定出一类强效的SARS-CoV-2 Mpro特异性抑制剂，而不需要大量耗时的药物化学研究。他们最初筛选出的CDD-1714（分子量[MW] = 542.5 g/mol），是一种有效的抑制剂（抑制常数[Ki] = 20 nM）。CDD-1713是CDD-1714的一个较小的类似物（MW = 353.3 g/mol），是一个可逆的Mpro共价抑制剂（Ki = 45 nM），与蛋白酶口袋结合，对人类蛋白酶具有特异性，并在SARS-CoV-2感染性模型中显示出体外效力。随后，他们确定了CDD-1713具有抑制活性所必需的关键区域，并产生了一种强效的（Ki = 37 nM）、较小的（MW = 323.4 g/mol）和代谢上更稳定的类似物（CDD-1976）。因此，筛选DNA编码的化学文库可以加速发现针对新出现的病毒性疾病靶点的小分子抑制剂。

筛选到的SARS-CoV-2 Mpro抑制剂、类似物和这些关键分子的酶抑制活性的例子。图片来自PNAS, 2021, doi:10.1073/pnas.2111172118。

Young说，“与传统方法相比，这种方法允许我们以更快的速度测试1000多倍的化合物。我们用它来寻找攻击病毒蛋白Mpro的分子。”

如何筛选出Mpro抑制剂？

SARS-CoV-2的Mpro是这种冠状病毒生命周期的关键组成部分，也是一种独立于当前疫苗策略的治疗靶点。

论文共同第一作者、贝勒医学院病理学与免疫学讲师Srinivas Chamakuri博士说，“通过用小分子阻断Mpro，我们阻断SARS-CoV-2在宿主细胞中的复制。这方面的研究非常令人鼓舞，表明这一过程将来可用于包括其他冠状病毒在内的新兴病毒。”

论文共同通讯作者、贝勒医学院药物发现中心主任Martin Matzuk博士说，“DNA编码化学技术涉及同时筛选数十亿个分子，其中每个类似药物的分子都标记上DNA条形码。附着在SARS-CoV-2 Mpro上的分子通过对其附着的DNA条形码进行测序而被识别。这是一种快速的药物发现筛选，我们的研究显示了寻找能够抑制病毒的独特分子的巨大潜力，并对这次和未来的大流行病有所帮助。”

进一步测试针对Mpro的抑制剂的下一步将涉及动物模型和其他实验室安全测试，然后才能开始人体试验。

面对病毒突变，为什么这项研究很重要？

Chamakuri补充说，“我们很高兴向公众发布我们的研究成果。我们相信这将有助于全世界的科学界和那些致力于寻找小分子药物来对抗SARS-CoV-2的团体。有来自不同专业的多人在贝勒医学院药物发现中心走到一起，在这么多人遭受疫情的时候支持这项研究。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Srinivas Chamakuri et al. DNA-encoded chemistry technology yields expedient access to SARS-CoV-2 Mpro inhibitors. PNAS, 2021, doi:10.1073/pnas.2111172118.