抗新型冠状病毒药物研究进展_郑梦竹(完整文档)

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抗新型冠状病毒药物研究进展_郑梦竹(完整文档)

 

 第 49 卷第 2 期第 132 页2020 年 4 月    华中科技大学学报(医学版)Acta Med Univ Sci Technol Huazhong     Vol.49 No.2 P.132Apr. 2020* 重大新药创制十三五重大专项(No.2019ZX09721001 - 004 - 007 );国家自然科学基金资助项目( No.U1803122 , No.81773637 , No.81773594 ,No.U1703111 );华中科技大学2020年自主创新研究基金新型冠状病毒肺炎应急科技攻关专项( No.2020kfyXGYJ037 )# 共同第一作者郑梦竹,女, 1990 年生,医学博士, E - mail :

 mengzhu _zheng@hust.edu.cn李明雪,女, 1995 年生,药理学硕士,E - mail :

 2936111029@qq.com△ 通讯作者,Corresponding  author , E - mail :syzyclx@163.com (陈丽霞); zhangyh@mails.tjmu.edu.cn (张勇慧);hua _ li@hust.edu.cn(李  华)抗新型冠状病毒药物研究进展 *郑梦竹 1# ,   李明雪 2# ,   吴灿荣 1 ,   杨月影 2 ,   王亚丽 2 ,   顾小霞 1 ,项   珂 2 ,   徐   阳 2 ,   陈丽霞 2△ ,   张勇慧 1△ ,   李   华 1△1 华中科技大学同济医学院药学院,武汉  4300302 沈阳药科大学无涯创新学院,沈阳  110016关键词:

 SARS - CoV - 2 ;  化学药物;   疫苗;   抗体;   中药中图分类号:

 R978.7  DOI :10.3870 / j.issn.1672 - 0741.2020.02.002  2019 年底爆发的新型冠状病毒( SARS - CoV - 2 )肺炎疫情对广大人民的身体健康和生命安全造成了严重的威胁,世界卫生组织于2020年1月30日宣布其为国际关注的突发公共卫生事件。截止2020年 3 月 2 日,我国国内确诊 SARS - CoV - 2 感染肺炎患者 80174例,死亡2915例,确诊病例数远超2003年的严重急性呼吸综合征( SARS )。由于 SARS-CoV - 2感染传播速度快,传染性强,目前还没有特效治疗药物。本文详细综述了目前抗 SARS - CoV - 2药物的研究进展,以期为进一步的药物研发提供参考。1 SARS - CoV - 22020 年 2 月 12 日,国际病毒分类委员会宣布在中国武汉市爆发的新型冠状病毒的正式分类名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2 ( severe acute re -spiratory  syndrome coronavirus 2, SARS - CoV - 2 )。同日世界卫生组织( WHO )宣布,由这一病毒导致的疾病正式命名为 COVID - 19 。

 SARS - CoV -2属于β 属冠状病毒,是一种有囊膜的单链 RNA 病毒,研究表明其是感染人类的冠状病毒家族的第七个成员 [1 ] 。与严重急性呼吸综合症病毒(SARS - CoV )及中东呼吸综合症 病 毒 ( MERS - CoV )相 似,SARS -CoV - 2 基因组可编码非结构蛋白,如 3C 样蛋白酶(3CLpro )、木瓜样蛋白酶( PLpro ),及结构蛋白,如刺突蛋白( Spike ,S )和辅助蛋白。前期研究报道SARS - CoV - 2的自然宿主可能是蝙蝠[ 2 ] ,而中间宿主目前尚无定论。由华南农业大学,岭南现代农业科学与技术广东省实验室沈永义教授、肖立华教授等联合开展的最新研究表明,穿山甲可能为SARS -CoV - 2 的 潜 在 中 间 宿 主[ 3 ] 。目 前 已 有 证 据 表 明SARS - CoV - 2 能够持续人传人,其引发的肺炎传播途径主要有接触传播和飞沫传播两种,此外还可能存在粪 - 口传播途径 [4 ] 。

 SARS- CoV - 2感染以发热、乏力、干咳为主要表现,严重者可能发展为如急性呼吸窘迫综合征等严重后果 [5 ] 。值得注意的是,根据钟南山院士团队的研究报道,在1099例 COVID - 19病例中,只有 43.8% 在早期出现了发热症状 [6 ] 。而近期陆续有相关临床研究发现, SARS - CoV - 2感染累及的不仅只有呼吸系统,除了典型的肺部感染症状之外,危重患者还存在肝脏、心脏、肾脏等多器官受损的表现,甚至出现功能衰竭 [7 - 10 ] 。上海复旦大学附属中山医院樊嘉院士、蔡加彬博士团队,与复旦大学生物医学研究院蓝斐团队及新格元生物科技公司通力合作,研究成果在 bioRxiv发表。他们的研究表明,SARS - CoV - 2 有可能会损伤胆管细胞,提示新冠病毒感染患者的肝功能异常可能是由于胆管细胞损伤引起的,但是也有可能是药物引起的肝细胞损伤 [7 ] 。2  抗SARS - CoV -2化学药物结构蛋白 S 蛋白是介导病毒入侵细胞不可或缺的部分。非结构蛋白3CLpro 、 PLpro和 RNA 依赖性 RNA聚合酶( RdRp )是病毒生命周期中的关键酶。

 PLpro在病毒基因组复制及逃避宿主抗病毒天

 然免疫中发挥重要作用,其不仅具有蛋白水解酶活性,还具有去泛素化酶( DUB )活性。

 Plpro可利用其蛋白水解酶活性及 DUB活性,通过一系列分子机制逃避宿主抗病毒免疫反应,抑制干扰素表达,它是除3CLpro之外,另一个冠状病毒感染人类所必需的 重 要 蛋 白 [11 ] 。通 过 对 SARS- CoV - 2 基 因 组( GenBank ID :

 MN908947.3 )序列进行分析,表明3CLpro 、 PLpro 、 RdRp 的催化位点具有高度的保守性,并且与 SARS - CoV 和 MERS - CoV 中的酶具有高度的序列相似性 [12 - 13 ] 。此外,蛋白结构分析结果显示 SARS - CoV - 2 、 SARS - CoV 和 MERS - CoV 病毒酶的药物结合口袋可能具有保守性 [13 ] 。有研究报道, S 蛋白、3CLpro 、 PLpro 、 RdRp 是开发抗 SARS -CoV - 2 药物的重要靶点。除此之外,已有的 MERS和 SARS 病毒抑制剂也可能通过“老药新用”的途径用于治疗 SARS - CoV - 2 感染。SARS - CoV - 2 基因组序列与 SARS - CoV 具有70% 的序列同源性,在致病机制上 SARS - CoV - 2 与SARS - CoV 是否同样具有相似性呢?前期研究报道SARS - CoV 通过S蛋白与宿主细胞受体血管紧张素转化酶 Ⅱ ( ACE2 )结合而侵入机体, ACE2是SARS - CoV的功能受体[ 14 ] 。针对此次新型冠状病毒,研究人员首先比较了SARS - CoV - 2 、 SARS - CoV和 MERS - CoV 的 S 蛋白的宿主受体互作区( recep -tor binding  domain , RBD ),结果显示在RBD 区域中, SARS- CoV - 2 与 SARS - CoV 比 较 相 似,但 与MERS - CoV 差别较大,因而排除了 S 蛋白与 DPP4(dipeptidyl peptidase 4 )互相作用感染人的可能[ 2 ] 。已经证明SARS - CoV S蛋白与 ACE2相互作用的5个关键氨基酸,在SARS - CoV - 2中有4个发生了改变 [2 ] 。值得注意的是,变化后的氨基酸在整体性上完美地维持了SARS - CoV 的S蛋白与 ACE2蛋白相互作用的原结构构象。与 SARS - CoV 和 ACE2的作用相比, SARS - CoV - 2的新结构与 ACE2互相作用的能力由于丢失少数氢键而有所下降,但是仍然能达到很强的结合自由能( -50.6kcal / mol )[ 2 ] 。该结果表明, SARS - CoV - 2同样可能通过 S蛋白与人 ACE2相互作用来感染人的呼吸道上皮细胞。因此, ACE2蛋白是SARS- CoV - 2感染的关键分子,武汉病毒研究所石正丽团队的研究已报道 ACE2是SARS - CoV - 2感染细胞必不可少的蛋白[ 15 ] 。来自美国得克萨斯大学奥斯汀分校的 McLellan团队报道了 SARS - CoV - 2S 蛋白的冷冻电镜结构 [16 ] 。他们的研究发现, SARS - CoV - 2S蛋白和 ACE2的结合强度约为15nM ,是SARS - CoV与 ACE2结合强度的10到20倍 [16 ] 。西湖大学周强实验室利用冷冻电镜技术,世界上首次成功解析出 ACE2的全长结构,随后他们进一步解析出 ACE2全长蛋白与SARS - CoV - 2S蛋白受体结合结构域的复合物结构,该研究成果为理解冠状病毒侵染细胞提供了更多的线索 [17 ] 。清华大学王新泉课题组和张林琦课题组通过 X射线衍射技术,解析出了SARS - CoV - 2S蛋白 RBD与人受体 ACE2蛋白复合物的晶体结构,结构分析确定了SARS - CoV - 2RBD中对 ACE2结合至关重要的残基,证明其中大多数高度保守或者和 SARS - CoV RBD 中的残基具有相似的侧链特性 [18 ] 。中国科学院微生物研究所与广大科技工作者共 享 了 SARS - CoV - 2 S 蛋 白 RBD和 人 受 体ACE2 复合物的 2.5 埃分辨率晶体结构,首次揭示了 S 蛋 白 与 受 体 ACE2 在 原 子 层 面 上 的 相 互 作用 [19 ] 。这一系列成果互相验证、互为补充,揭示了SARS - CoV - 2 入侵人体细胞的第一步。以上述蛋白为靶标,很可能得到理想的抗 SARS - CoV - 2 药物。2.1  处于临床前研究阶段的潜在抗 SARS- CoV - 2 药物此部分我们主要综述各个研究团队的初步研究结果,提示一些目前处于临床前研究的药物具有潜在的抗SARS - CoV - 2作用,这些化合物的药效值得进一步研究。2.1.1  针对抗病毒靶点研究的潜在抗 SARS - CoV -2 药物   在疫情发生后,饶子和/杨海涛团队快速表达了 SARS - CoV - 2 的 3CL 水解酶( Mpro )并获得了其高分辨率晶体结构( PDB ID :6LU7 )。在此基础上,该团队综合利用计算机虚拟筛选与酶学测试技术,重点针对已上市药物以及自建的多种实体“化合物数据库”进行了药物筛选,发现了包括 HIV 治疗药物卡非佐米、洛匹那韦、利托那韦等在内的30种可能对SARS - CoV - 2有效的治疗药物,该项成果为临床治疗提供了用药参考,为后续抗 SARS - CoV - 2药物研发提供了思路 [20 ] 。李华/陈丽霞/李行舟团队利用生物信息学和结构基因组学的方法系统分析了 SARS - CoV -2基因编码的 蛋 白 质,并 将 其 基 因 序 列 与 SARS - CoV 、MERS - CoV等冠状病毒基因序列进行了比对,通过同源建模的方法构建了19个新型冠状病毒蛋白和1个人类宿主蛋白的同源结构,为进一步发现特异性靶向SARS - CoV - 2的化合物提供了理论基础[ 21 ] 。该研究团队通过基于人工智能的药物虚拟筛选,从FDA 批准的 ZINC 药物数据库、自建的中药和天然产物数据库(含常见抗病毒抗炎症中药成分)中筛选,得到了一系列与靶点具有高亲和力的化合物。·3 3 1· 郑梦竹等 . 抗新型冠状病毒药物研究进展

 筛选到的化合物包括一些抗病毒药,如利巴韦林、缬更昔洛韦、胸腺嘧啶核苷等;抗菌药物,比如头孢吡胺、柳氮磺吡啶、苯乙西林等;抗哮喘药,如孟鲁司特、非诺特罗、普萘洛尔等;保肝药,如水飞蓟宾,以及橙皮苷、黄芩苷、穿心莲内酯及其衍生物等天然产物。上述药物抗 SARS - CoV - 2的作用还值得进一步研究 [21 ] 。此外,本团队的研究还发现人类的弗林蛋白酶(Furin )可能是治疗COVID - 19的新靶点,研究小组进一步针对Furin进行计算机虚拟筛选,发现一些已上市药物,包括伊立替康、苏拉明、磷酸氟达拉滨、洛美沙星、羟芪巴脒、伊马替尼等,以及一些天然产物,包括来源于茶叶的 ECCG ,有抗病毒作用的一些类黄酮、穿心莲内酯及其衍生物等,经预测对 Furin有很高亲和力,这些药物抗 SARS - CoV - 2 的作用值得进一步研究 [22 ] 。上述这些潜在抗SARS - CoV - 2化合物均由计算机虚拟筛选得到,还需要进一步的体外和体内实验来验证它们的抗 SARS - CoV - 2 活性。中科院上海药物研究所徐志建和朱维良研究团队建立了基于 SARS Mpro结构的同源模型,并把1903种小分子药物与模型进行对接。根据对接分数及与已知 Mpro配体结合模式的3D相似性,有4种药物被选出进行结合自由能计算。他们的研究结果显示,通过 MM / GBSA 和 SIE 方法均筛选出奈非那韦( nelfinavir ),其结合自由能分别为 -24.69±0.52kcal / mol 和 -9.42±0.04kcal / mol ,奈非那韦可能是 SARS - CoV - 2Mpro 的潜在抑制剂 [23 ] 。格瑞弗森( Grifithsin ,GRFT )是一种源自红藻的凝集素,可与各种病毒糖蛋白(包括 HIV 糖蛋白120和SARS - CoV S糖蛋白)表面的寡糖结合。研究表明 Grifithsin特异性与SARS - CoV S糖蛋白结合并抑制病毒进入细胞 [24 ] 。

 Griffithsin的凝胶或灌肠剂已经在 Ⅰ 期临床研究中用于预防 HIV感染,但若要用于治疗或预防 SARS - CoV - 2 ,仍然需要重新评估它的效力和递送系统。尽管如此,格瑞弗森仍然具有一定程度的研究价值。2.1.2  针对炎症风暴以及抗氧化机制的潜在抗SARS - CoV -2药物  温州医科大学附属第一医院夏景林团队发现沙利度胺片( Thalidomide ,反应停)治疗COVID -19有初步疗效 [25 ] 。该研究对患者用药前后的细胞因子水平进行测定,结果显示,经反应停治疗后患者 IL - 2 、 6 、 10 以及干扰素 γ ( INF - γ )均明显下降,免疫功能指标显著改善 [25 ] ,提示反应停能够抑制炎症因子释放,减弱炎性因子风暴。此外,该研究还提示反应停具有提高免疫功能、镇静安眠的作用,还可消除抗病毒药引起的呕吐、腹泻,以及抗血管生成,减轻肺纤维化 [25 ] 。武汉大学中南医院重症医学科主任彭志勇教授及其团队正在进行大剂量维生素 C治疗 COVID - 19的临床试验。他们认为,无论是 SARS 、 MERS ,还是现在的 COVID - 19 ,患者致死的主要原因都是急性呼吸窘迫症,以及其他多器官功能衰竭导致的并发症。在病毒引起氧化应激增加,患者出现急性呼吸窘迫症等多器官功能衰竭的情况下,维生素 C等抗氧化剂可能可以发挥积极的作用 [26 ] 。由于此临床试验还未完成,目前尚无直接证据证实大剂量维生素C 治疗 COVID - 19的临床有效性。2.1.3  其他处于临床前研究阶段的潜在抗 SARS-CoV - 2 药物   新发与再现传染病研究所所长徐建青带领科研团队研制出一款广谱抗病毒喷剂(名称:抗病毒喷剂),可用于应急病房职业防护,目前已通过伦理审查,首批药物于 2020 年 1 月 26 日送入上海市公共卫生临床中心的应急病房使用。该喷剂直接通过喉咙给药,可起到预防效果,因目前尚无法大规模生产,只能用于一线医护人员 [27 ] 。Galidesivir ( BCX4430 )是一种腺苷类似物,最初为抗丙肝病毒开发,目前正在进行早期临床研究,评估其在健康受试者中的安全性和对黄热病的疗效。

 Galide-sivir 在临床前研究中显示了对多种 RNA 病毒,包括SARS 和 MERS 有抗病毒活性[ 28 - 29 ] ,推测其对 SARS-CoV - 2 也具有潜在的应用价值。2.2  进入临床试验的潜在抗 SARS- CoV - 2 药物通过检索中国临床试验注册中心发现,截至3月2日已经有超过300项与COVID - 19有关的临床试验在该平台进行了注册。表1列举了这些试验中涉及到的一些化学药物,在此我们仅对其中目前已在临床使用的化学药物进行详细的阐述。武汉金银潭医院黄朝林报道了洛匹那韦/利托那韦片(商品名:克力芝)联合治疗SARS - CoV -2感染肺炎的随机对照试验 [5 ] 。洛匹那韦是人类免疫缺陷病毒1 ( HIV - 1 )蛋白酶抑制剂,通常与利托那韦联合使 用。

 根 据 洛 匹 那 韦/利 托 那 韦 片 之 前 对SARS - CoV感染患者具有“实质性的临床益处”的结果,推测采用该疗法也可能对SARS - CoV -2感染的患者有效。克力芝的临床试验在华中科技大学同济医学院附属同济医院及武汉市金银潭医院进行。然而,李华等团队的研究表明克立芝并未能对接到很好的新冠病毒靶点,结合近期临床研究的效果,克立芝的临床疗效有待进一步确认 [21 ] 。·4 3 1· 华中科技大学学报(医学版)

   2020 年 4 月第 49 卷第 2 期

 表 1 COVID - 19 临床研究Table 1 Clinical research for COVID - 19药物名称 注册题目洛匹那韦/利托那韦 洛匹那韦/利托那韦治疗武汉新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )轻症患者的疗效和安全性随机、开放、对照的研究达芦那韦/考比司他或洛匹那韦/利托那韦片联合胸腺肽α1达芦那韦/考比司他或洛匹那韦/利托那韦片联合胸腺肽 a1 联合治疗新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )的随机、开放、对照临床研究氯喹 氯喹对2019 新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )的临床疗效评价巴洛沙韦酯、法匹拉韦 巴洛沙韦酯、法匹拉韦对比洛匹那韦/利托那韦(克力芝)在新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )患者中的疗效和安全性的随机、对照临床研究羟氯喹 羟氯喹对新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )的治疗疗效研究芦可替尼 芦可替尼联合输注间充质干细胞治疗重症新型冠状病毒肺炎患者的前瞻性、单盲、随机对照临床研究阿比多尔 阿比多尔用于新型冠状病毒( SARS - CoV - 2 )高暴露风险人群暴露后预防的临床研究法匹拉韦 法匹拉韦治疗新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )患者的安全性和有效性的临床研究ASC09 /利托那韦复方片 比较 ASC09 /利托那韦复方片和洛匹那韦/利托那韦(克力芝)对于新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )确诊病例的疗效及安全性的随机、开放、多中心的临床研究甘草酸二铵肠溶胶囊 评价甘草酸二铵肠溶胶囊联合维生素 C 片在临床标准抗病毒治疗基础上治疗普通型新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )的有效性和安全性的随机、开放、平行对照临床研究硫辛酸注射液 硫辛酸注射液在新型冠状病毒肺炎( COVID - 19 )重型及危重型患者中的有效性及安全性的多中心、随机对照临床研究阿兹夫定片 阿兹夫定片治疗新型冠状病毒感染肺炎( COVID - 19 )的随...

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