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根据宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一项新研究，一些 FDA 批准的药物——包括用于 2 型糖尿病、丙型肝炎和 HIV 的药物——显着降低了SARS-CoV-2的 Delta 变体在人体细胞中复制的能力。具体来说，研究小组发现这些药物可以抑制某些病毒酶，称为蛋白酶，这些酶对于 SARS-CoV-2 在受感染的人体细胞中的复制至关重要。
宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学助理教授乔伊斯·何塞 (Joyce Jose) 说：“SARS-CoV-2 疫苗针对的是刺突蛋白，但这种蛋白面临着强大的选择压力，正如我们在 Omicron 中看到的那样，它可能会发生重大突变。” . “仍然迫切需要针对除刺突蛋白之外的病毒部分不太可能进化的 SARS-CoV-2 治疗剂。”
先前的研究表明，两种 SARS-CoV-2 酶——包括 Mpro 和 PLpro 在内的蛋白酶——是抗病毒药物开发的有希望的靶点。例如，辉瑞的COVID -19疗法 Paxlovid 以 Mpro 为目标。根据 Jose 的说法，这些酶相对稳定。因此，它们不太可能迅速产生耐药突变。
宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学教授 Katsuhiko Murakami 指出，这些病毒蛋白酶由于具有切割或切割蛋白质的能力，对于 SARS-CoV-2 在受感染细胞中的复制至关重要。
“SARS-CoV-2 从其RNA基因组中产生称为多蛋白的长蛋白质，这些蛋白质必须被这些蛋白酶以有序的方式切割成单个蛋白质，从而形成功能性病毒酶和蛋白质，从而在病毒进入细胞后开始复制，”村上春树解释道。“如果你抑制其中一种蛋白酶，就可以阻止 SARS-CoV-2 在感染者中的进一步传播。”
该研究结果于今天（2022 年 2 月 25 日）发表在《通讯生物学》杂志上。
该团队设计了一种检测方法来快速识别活人体细胞中 Mpro 和 PLpro 蛋白酶的抑制剂。
“尽管有其他检测方法可用，但我们设计了新的检测方法，因此可以在活细胞中进行，这使我们能够同时测量抑制剂对人体细胞的毒性，”Jose 说。
研究人员使用他们的分析方法测试了一个包含 64 种化合物的库——包括 HIV 和丙型肝炎蛋白酶的抑制剂；半胱氨酸蛋白酶，存在于某些原生动物寄生虫中；和二肽基肽酶，一种与 2 型糖尿病有关的人类酶——因为它们具有抑制 Mpro 或 PLpro 的能力。从 64 种化合物中，研究小组确定了 11 种影响 Mpro 活性的化合物和 5 种影响 PLpro 活性的化合物，基于蛋白酶活性降低 50% 和 90% 细胞活力的截止值。
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生物化学和分子生物学副研究教授 Anoop Narayanan 使用实时共聚焦显微镜监测化合物的活性。
“我们设计了这个实验，如果化合物影响蛋白酶，你会在细胞的某些区域看到荧光，”Narayanan 说。
接下来，该团队在宾夕法尼亚州立大学 Eva J. Pell ABSL-3 高级生物研究实验室的 BSL-3 设施中评估了 16 种 PLpro 和 Mpro 抑制剂对活人体细胞中 SARS-CoV-2 病毒的抗病毒活性，并发现其中八种对 SARS-CoV-2 具有剂量依赖性抗病毒活性。具体来说，他们发现西格列汀和 Daclatasvir 抑制 PLpro，而 MG-101、Lycorine HCl 和 Nelfinavir mesylate 抑制 Mpro。其中，研究小组发现MG-101还通过抑制刺突蛋白的蛋白酶加工来阻碍病毒感染细胞的能力。
“我们发现，当用选定的抑制剂对细胞进行预处理时，只有 MG-101 会影响病毒进入细胞，”Narayanan 说。
此外，研究人员发现，用 Mpro 和 PLpro 抑制剂组合治疗细胞具有附加的抗病毒作用，对 SARS-CoV-2 复制提供更大的抑制作用。
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“在细胞培养中，我们表明，如果将 Mpro 和 PLpro 抑制剂结合使用，则可以在不增加毒性的情况下对病毒产生更强的影响，”Jose 说。“这种组合抑制非常有效。”
为了研究 MG-101 抑制 Mpro 蛋白酶活性的机制，包括生物化学和分子生物学博士后学者 Manju Narwal 在内的科学家们使用 X 射线晶体学获得了 MG-101 与Mpro。
“我们能够看到 MG-101 如何与 Mpro 的活性位点相互作用，”Narwal 说。“这种抑制剂模拟多蛋白并以类似的方式与蛋白酶结合，从而阻止蛋白酶结合并切割多蛋白，这是病毒复制的重要步骤。”
Murakami 补充说：“通过了解 MG-101 化合物如何与活性位点结合，我们可以设计出可能更有效的新化合物。”
事实上，该团队正在根据 X 射线晶体学确定的结构设计新化合物。他们还计划测试他们已经证明在小鼠体外有效的组合药物。
尽管科学家们研究了 SARS-CoV-2 的 Delta 变体，但他们表示，这些药物可能对 Omicron 和未来的变体有效，因为它们针对的是不太可能发生显着突变的病毒部分。
“针对多种冠状病毒的广谱抗病毒药物的开发是循环和新出现的冠状病毒感染的最终治疗策略，”何塞说。“我们的研究表明，重新利用某些 FDA 批准的药物，这些药物在抑制 Mpro 和 PLpro 的活性方面表现出有效性，这可能是对抗 SARS-CoV-2 的有用策略。”
参考文献：
Anoop Narayanan、Manju Narwal、Sydney A. Majowicz、Carmine Varricchio、Shay A. Toner、Carlo Ballatore、Andrea Brancale、Katsuhiko 撰写的“使用细胞内蛋白酶分析鉴定靶向 Mpro 和 PLpro 的 SARS-CoV-2 抑制剂” S. Murakami 和 Joyce Jose，2022 年 2 月 25 日，通讯生物学。
DOI: 10.1038/s42003-022-03090-9
该论文的其他作者包括研究生 Sydney A. Majowicz 和宾夕法尼亚州立大学本科生 Shay A. Toner；卡迪夫大学博士后研究员 Carmine Varricchio 和药物化学教授 Andrea Brancale；和加州大学圣地亚哥分校药物化学教授 Carlo Ballatore。
美国国立卫生研究院、威尔士政府科学办公室和宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所（何塞实验室的 COVID-19 种子基金）支持这项研究。