SARS-CoV-2在今年引发了具有空前传播能力的肺炎，该病毒的传播不仅依赖于发达的交通手段，更取决于本身的高传染能力。冠状病毒家族引起的疾病在近十年已多次爆发，为了应对疫情周期性、反复性发生，除政府的有效管控之外，科学团体在新药开发、病毒基因测序及三维结构确证中的努力也十分重要。近日，荷兰格罗宁根大学药学系的Alexander Dömling教授在Chem上发表前瞻性文章，总结了SARS-CoV-2目前潜在的靶点、相应药物及作用机制，以及科学团体应努力的方向（10.1016/ j.chempr.2020.04.023）。本文以此论文为轴，同时添加了一些最新的临床试验结果，旨在对SARS-CoV-2病毒药物化学领域现有的研究成果进行总结。

Dömling教授首先指出SARS-CoV-2为我们带来的三点启示，这其中挑战与机遇并存：首先，新冠肺炎在短短半年间改变了全世界，除导致数以万计的死亡病例外，更对全球经济造成了空前打击，而这种打击对未来的影响目前依然未知。其次，针对疫情，短期和长期的解决方案需要兼顾，我们需要发展有效的药物用于迅速治疗重症病例，同时需要发展多种预防性措施以应对未来可能的疫情爆发。最后，由于新药开发周期长，针对目前需要治疗的大量病例，既有药物的再利用是唯一有效的手段。Dömling教授针对最后一点，对目前研究较深入的SARS-CoV-2潜在靶点进行了梳理，并对针对这些靶点的药物进行了总结。

冠状病毒得名于其显微镜下类似日晷的形状，是一种单链包膜正RNA病毒，具有较大的基因组。较非典病毒及中东呼吸综合征病毒而言，SARS-CoV-2致病性较低，致死率小于3%，而非典的致死率则为30%（Table 1）。然而，SARS-CoV-2具有极高的传播率（transmission rate, TM），平均每个感染者会传染2.5-3人，而我们通常认为具有较高传染能力的感冒的TM值则小于1.4。

(图片来源：Chem.)

SARS-CoV-2患者的病理学特征表现宽泛，从无症状、轻症、重症直到死亡均可发生。目前对COVID-19的治疗策略包括疫苗、单抗、寡核苷酸疗法、多肽药物、干扰素疗法、小分子药物以及传统中药。SARS-CoV-2具有与SARS-CoV和MERS-CoV类似的结构，因此针对已知靶点，采用"老药新用"的策略将是解决短期问题的最佳途径。尽管冠状病毒基因组较大，但其仅编码寥寥数个蛋白（Fig. 1），包括结构蛋白刺突蛋白(S)，核衣壳蛋白(N)，膜蛋白(M)以及包膜蛋白(E)，这些蛋白用于组成完整的病毒单元；此外，这些基因组还编码17个非结构蛋白（ns1-ns17），如3-胰凝乳样蛋白酶(3CLpro)，木瓜样蛋白酶(PLpro)，解旋酶，RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)，由于冷冻电镜技术的发展，这些蛋白的晶体或共晶已经较为明确，为相应药物发展奠定了坚实基础。

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3CLpro：3CLpro以及PLpro通过协同方式参与病毒多种蛋白的后加工，与病毒生命周期息息相关，因此是多种药物的重要靶标。由于SARS-CoV-2与SARS-CoV中的3CLpro具有96%的相似度，因此SARS-CoV-2中3CLpro的同源模型很快得以构建，同时，该蛋白与拟肽丙烯酸酯1的共晶结构也已被确定（Fig. 2, Nature, 2020, 10.1038/s41586-020-2223-y）。

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考虑到SARS-CoV-2与SARS-Cov中3CLpro的同源性，多种商业化的SARS-CoV 3CLpro抑制剂被认为同样具有抑制SARS-CoV-2的作用。自然界中，多数抑制剂通过共价作用与半胱氨酸残基键合发挥作用（Scheme 1）。这些药物分子通常较大且含有酰胺键以模仿酶中的肽片段，这些药物分子中普遍含有一些亲电基团，如α-卤代羰基、磺酰氯、醛基等。但同样有一些药物通过非共价方式与3CLpro发生相互作用，通过高通量筛选发现， 1,3,5-三芳基吡唑烷酮5及硝基苯胺6具有抑制SARS-CoV 3CLpro的作用，其通过非共价方式发挥药物疗效。

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通过经典的Ugi四组分偶联反应可以快速得到一系列α-氨基乙酰胺类化合物以满足抗病毒药物构效关系研究。该类化合物具有独特的功能（Fig. 3）。对化合物7，8进行结构优化可以得到分子量显著降低但活性保持的9。尽管该化合物在体内极易被代谢清除，它将是进一步研究3CLpro抑制剂的优良起点。

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黄酮类化合物（10-14）来源于天然植物，已被发现具有包括3CLpro抑制活性在内的多种生物活性。这种广谱生物活性正是我国正在进行的多种临床实验的理论和物质基础。

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多种HIV蛋白酶抑制剂曾被重复利用于SARS治疗，其作用机制可能与3CLpro抑制过程相关。HIV蛋白酶抑制剂通过优化，可以适应HIV蛋白酶二聚体催化位点的C2对称性。尽管在冠状病毒蛋白酶中没有这种C2对称性位点，但他们均具有四面体过渡态及识别底物氨基酸侧链基团的受体口袋。因此，考虑到3CLpro的高度保守性，这些药物已被再次用于新冠肺炎的治疗（中国临床试验注册中心注册号：ChiCTR2000029539）。另外值得一提的是，除了现有的3CLpro抑制剂，目前已有通过包括机器学习在内的多种计算手段对已上市药物库进行筛选的报道，通过计算模拟，10种已上市药物被认为与3CLpro中活性结合口袋具有有利的氢键作用（bioRxiv, 2020.01.29.924100.）。

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PLpro：PLpro蛋白是另一个具有潜在价值的SARS-CoV-2靶点。已有综述文献对SARS-CoV中的PLpro蛋白的结构，功能及其抑制剂进行了详细阐述（Antiviral Res. 2015, 115, 21–38.）。PLpro蛋白除与3CLpro共同作用加工多蛋白外，还可用于清除宿主细胞内的泛素与干扰素刺激基因（ISG15）以逃避宿主细胞的免疫应答。因此，对该靶点进行作用不仅能抑制病原体复制，更可抑制感染细胞中信号级联的失调。目前，多种商业药物已被发展用于与该靶点112位的半胱氨酸发生共价作用，包括环氧酮类及乙烯基砜等。

双硫仑19被用于治疗慢性酒精依赖，但该药物同样具有抑制MERS-CoV 和SARS-CoV病毒中PLpro蛋白的作用（Antiviral Res. 2018, 150, 155–163.），因此具有抑制SARS-CoV-2的潜力。抗代谢药6-巯嘌呤20以及6-硫代鸟嘌呤21已同样被发现具有PLpro抑制作用（Scheme 3）。

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通过结构优化得到的具有更强代谢稳定性的萘甲基胺类化合物23也可以通过非共价作用与PLpro发生作用起到抑制目的。

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S蛋白：不同于上述非结构蛋白，S蛋白是锚定在包膜上的结构蛋白，是病毒入侵的关键。该蛋白的Å级分辨率的晶体结构最近已通过冷冻电镜确证（Science, 2020, 367, 1260–1263.），为通过蛋白质工程提高疫苗的抗原性和表达奠定了物质基础。此外，蛋白质的结构细节也将为小分子药物的设计提供理论依据。病毒的受体结合域与宿主受体的亲和力以及病毒与受体的接触步骤决定了哪个宿主更易被感染。基于与SARS-CoV的同源性，SARS-CoV-2被认为可能以血管紧张素转换酶2（ACE2）为受体。SARS-CoV-2的结合域与人ACE2有有利的相互作用，在此处N501T的单点突变显著提升了其亲和能力，增强其致病性和传染性（Fig. 6, bioRxiv. 2020, 10.1101/ 2020.01.31.929042.）。因此，在治疗过程中，患者体内病毒此处的突变情况必须密切监控。S蛋白中的突变同时引发了该疾病的人畜共患病特性，然而，该位点的突变并非均会引发其与ACE2结合，因此，针对该靶点的药物可能无法对将来爆发的冠状病毒疾病产生作用。但同时，该蛋白可以作为目前已有冠状病毒的共同靶抗原。

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RdRp：RdRp酶使病毒可通过宿主细胞的机能将其基因组转录为新RNA，目前，已有综述文章对该蛋白的生物学功能及其抑制剂进行了详细阐述（Curr. Med. Chem. 2020, 10.2174/ 0929867327666200114115632.）。RNA聚合酶抑制剂能够靶向该位点发挥作用。法维拉韦24是市售的抗流感药物，其也对包括SARS-CoV-2病毒起效。法维拉韦是前药，可以在体内生成相应的核苷三膦酸酯抑制病毒复制。有趣的是，该分子并不会抑制人DNA和RNA的合成途径以及肌苷5′-单磷酸脱氢酶的活性，在深圳正在进行的临床试验中，该药物对70例病例起效且未出现明显副作用（Drug Discov. 2020, 19, 149–150.）。

尚在临床研究的瑞德西韦25联合氯喹28治疗是另一种有效的手段。瑞德西韦是广谱抗RNA病毒药，其对埃博拉病毒及SARS病毒均有效果，可能机制为通过掺入病毒RNA中终止RNA合成（Nature, 2016, 531, 381–385.）。目前已有报道，瑞德西韦能够抑制SARS-CoV-2对非洲绿猴肾脏细胞的感染，其EC50为0.77 μM。据报道，美国首例新冠肺炎患者注射瑞德西韦后恢复良好。然而最近，瑞德西韦在我国与美国的随机、双盲、安慰剂临床试验结果分别发表在《柳叶刀》（Lacet, 2020, 10.1016/s0140-6736(20)31022-9.）及《新英格兰医学杂志》（N. Engl. J. Med. 2020, 10.1056/NEJMoa2007764.）。这两项临床试验的结果指出，尽管相对于安慰剂，瑞德西韦的治疗效果有所提升，但该药物在单独用药时无法对重症患者发挥疗效。同时，该药物需要配合呼吸机使用，因此，未来应该将抗病毒药物与其他治疗手段相结合以继续改善治疗效果。

加利地韦26是另一种广谱抗RNA病毒药，原本用于治疗丙肝，在临床前研究中，该药物表现出抗埃博拉，马堡病毒及多种冠状病毒活性（Antiviral Res. 2018, 156, 38–45.），因此同样具有抑制SARS-CoV-2的潜力。

氯喹是一种抗疟药物，其作用机制尚不清楚。但该药物可以抑制内体小泡酸化，因此可以中断病毒DNA向细胞质的释放，目前，该药物在北京以及广东正在进行临床试验，有超过100名病人接受了此次临床试验（中国临床试验注册中心注册号：ChiCTR2000029609）。而在湖北省的进一步实验研究目前也在进行中。

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其他蛋白靶标：目前，其他蛋白作为药物靶标的潜力尚不清楚。对于遗传物质复制转录过程，这些蛋白共同组成一个巨大的协同网络以保障病毒复制进程的顺利实施，因此这些蛋白依然是潜在的靶标。但是，目前研究受限于对这些蛋白结构的不明晰，进一步得到的结构信息将为新型药物的开发以及"老药新用"策略提供物质基础。例如，SARS-CoV-2 病毒的N蛋白晶体结构最近被报道（bioRxiv. 2020, 10.1101/2020.03.06. 977876v2.），为新靶点的发现奠定了基础。该蛋白在患者血清，血浆以及外周血中广泛存在，因此可能预示着新冠肺炎新型疗法。

宿主靶标：利用机器学习文献分析，BioTech公司发现AP2关联激酶1（AAK1）可作为宿主靶点用于对抗SARS-CoV-2。AAK1可以介导内吞作用，而多数病毒通过该途径侵入细胞，因此，该项目预测激酶抑制剂巴立替尼29可以降低病毒入侵肺部细胞的能力（Fig. 8, Lancet, 2020, 395, e30–e31.）。

此外，用于治疗乙肝和丙肝的聚乙二醇化干扰素α-2a和α-2b可以刺激2019-nCoV感染患者的先天抗病毒反应。目前，国内已批准聚乙二醇干扰素和利巴韦林联合用药的临床试验（中国临床试验注册中心注册号：ChiCTR2000029387），但目前仍未确定干扰素与核苷类药物是否会产生协同作用。由于干扰素疗法会产生多种副作用，因此采用这种疗法需要对患者严格监控。值得一提的是，前文提到的氯喹，被认为能够通过靶向宿主抑制SARS-CoV-2，因此能够与瑞德西韦协同发挥作用。

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总结：Dömling教授等人总结了目前与SARS-CoV-2病毒相关的靶点，药物并对将来可能发生的问题进行了阐述。相信此论文能够对今后的工作起到一定指导作用，帮助人们更好地理解病毒相应机制，尽快开发药物以期解决疫情并对今后可能的疫情爆发提前做好准备。笔者在此也以表格的形式将本文中提到的药物与靶点相对应进行总结，仅供参考。

撰稿人：H.D.