ACS Cent. Sci. | 全新冠状病毒3CLpro非共价抑制剂，有望成为下一个抗新冠药物

以下文章来源于ACS美国化学会，作者ACS Publications

英文原题：Development of Highly Potent Noncovalent Inhibitors of SARS-CoV-2 3CLpro

通讯作者：Qi Hu (胡奇，西湖大学), Jing Huang (黄晶，西湖大学), Zhigao Bu (步志高，中国农业科学院哈尔滨兽医研究所), Pei-Yong Shi (史佩勇，美国德克萨斯大学医学分部)

作者：Ningke Hou (侯宁可), Lei Shuai (帅磊), Lijing Zhang (张莉婧), Xuping Xie (谢旭平),† Kaiming Tang, Yunkai Zhu, Yin Yu, Wenyi Zhang, Qiaozhu Tan, Gongxun Zhong, Zhiyuan Wen, Chong Wang, Xijun He, Hong Huo, Haishan Gao, You Xu, Jing Xue, Chen Peng, Jing Zou, Craig Schindewolf, Vineet Menachery, Wenji Su, Youlang Yuan, Zuyuan Shen, Rong Zhang, Shuofeng Yuan, Hongtao Yu , Pei-Yong Shi,* Zhigao Bu,* Jing Huang,*and Qi Hu* (共同一作，*通讯作者)

背景介绍

面对新冠病毒SARS-CoV-2传染，许多国家进行了大规模疫苗接种，但由于SARS-CoV-2变异株的不断出现，疫苗保护效力的下降，新冠病毒仍然是人类健康的重大威胁，因此需要开发安全性良好、适用人群广泛、疗效确切的广谱抗冠状病毒药物。

3CLpro是SARS-CoV-2基因组编码的两个蛋白酶之一，负责将病毒复制过程中产生的polyprotein切割成16个非结构蛋白，是重要的抗SARS-CoV-2药物靶点。目前已报道的绝大多数3CLpro抑制剂均为共价抑制剂，包括辉瑞公司已上市的药物Paxlovid的主要成分Nirmatrelvir（PF-07321332）。共价抑制剂具有和靶点结合时间长的优点，但也可能发生脱靶反应从而导致副作用。3CLpro非共价抑制剂开发较少，有代表性的是日本盐野义公司开发的、在日本获紧急监管批准上市的药物Xocova （S-217622）。面对SARS-CoV-2频繁的变异可能产生的耐药性、以及已上市药物存在的不同局限性，开发新的更高效的3CLpro小分子抑制剂仍然具有重要意义。

文章亮点

开发了全新骨架、靶向冠状病毒3CLpro的广谱非共价抑制剂WU-04。

解析了WU-04与3CLpro蛋白复合物的晶体结构，阐明了WU-04的作用机理。

在体外实验以及动物模型中，WU-04展现了良好的抗病毒活性、安全性以及成药性。

图文解读

首先，作者分析了新冠病毒3CLpro蛋白的结构，设计和纯化了中间带有His标签的3CLpro蛋白，进行了DNA编码化合物库（DEL）筛选，并通过体外活性实验对筛选到的化合物进行了初步评估。部分化合物结果如图1所示，其中化合物WU-02及WU-04对SARS-CoV-2 3CLpro的抑制能力最强，半抑制浓度（IC₅₀）在100 nM以下。WU-04与SARS-CoV-2 3CLpro的亲和力（K_d）约37 nM（图1）。

图1. 非共价SARS-CoV-2 3CLpro抑制剂的筛选与鉴定。

其次，作者利用X-射线单晶衍射法解析了化合物WU-04与SARS-CoV-2 3CLpro、SARS-CoV 3CLpro以及MERS-CoV 3CLpro的共晶结构。结构显示，化合物WU-04占据了3CLpro底物结合口袋的S1、S2及S4位点，与辉瑞公司的共价抑制剂PF-07321332所占据位点相近，但是不同于日本盐野义公司的S-217622。另外，作者对化合物WU-04的构效关系进行了分析和研究，发现硝基苯环、异喹啉环为重要的药效官能团（图2）。

图2. 化合物WU-04与SARS-CoV-2 3CLpro蛋白共晶结构及构效关系分析。

随后，作者测试了化合物WU-04在多个细胞系中对SARS-CoV-2原始株及变异株德尔塔（Delta）和奥密克戎（Omicron）的抑制活性，其半数效应浓度（EC₅₀）在10-36 nM。WU-04也可抑制SARS-CoV和MERS-CoV在Calu-3细胞中的复制，EC₅₀分别为19和53 nM，表明WU-04是一个针对冠状病毒3CLpro的广谱抑制剂。

最后，作者在转基因K18-hACE2小鼠模型中评价了化合物WU-04口服给药时的抗SARS-CoV-2药效。结果显示化合物WU-04能有效降低SARS-CoV-2在小鼠鼻甲、肺和脑组织中的病毒拷贝数和滴度，抑制SARS-CoV-2对小鼠肺部的损伤，在同剂量下抗病毒效果与辉瑞公司的PF-07321332相当（图3）。

图3. 化合物WU-04安全性及药效评价。

总结与展望

本工作开发了一类全新骨架、广谱的冠状病毒3CLpro非共价抑制剂，其中WU-04展现了良好的抗病毒活性以及成药性，目前正在开展临床试验，有望成为下一个抗新冠药物。另外，WU-04的全新骨架和它与冠状病毒3CLpro复合物的三维结构可以为新的3CLpro抑制剂设计提供指导。

通讯作者信息

西湖大学胡奇研究员、黄晶研究员、以及中国农业科学院哈尔滨兽医研究所步志高研究员和美国德克萨斯大学医学分部史佩勇教授为本文的共同通讯作者。西湖大学助理研究员侯宁可、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所帅磊副研究员、西湖大学博士生张莉婧和美国德克萨斯大学医学分部谢旭平助理教授为本文的共同第一作者。

胡奇课题组网页：

https://www.westlake.edu.cn/faculty/qi-hu.html

黄晶课题组网页：

http://www.compbiophysics.org

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