SARS-CoV-2是引起COVID-19疾病的呼吸道病毒，它通过多个步骤攻击人体。进入肺部深处的细胞和劫持人类宿主细胞的分子机器以产生病毒自身的副本是最早的两个步骤---这两个步骤对于病毒感染都是至关重要的。 在一项新的研究中，来自美国亚利桑那大学和南佛罗里达大学等研究机构的研究人员发现一些现有的化合物可以同时抑制SARS-CoV-2在人体细胞内复制所需的关键病毒蛋白--主蛋白酶（main protease, Mpro）和对病毒进入宿主细胞很重要的人类蛋白---组织蛋白酶L（cathepsin L），从而为设计针对COVID-19的抗病毒药物提供了启示。相关研究结果近期发表在Science Advances期刊上，论文标题为“Structure and inhibition of the SARS-CoV-2 main protease reveals strategy for developing dual inhibitors against Mpro and cathepsin L”。 论文共同通讯作者、南佛罗里达大学摩萨尼医学院分子医学副教授Yu Chen博士说，“如果我们能够开发出关闭或显著减少这两个过程---病毒进入和病毒复制---的化合物，这种双重抑制可能会增强这些化合物在治疗冠状病毒感染方面的效力。打个比喻，这就像一石二鸟。”他擅长基于结构的药物设计。 这项新的研究建立之前的研究工作---鉴定出并分析了几种有前景的现有抗病毒药物作为治疗COVID-19的候选药物---的基础之上。所有被选中的候选药物都靶向Mpro，以阻断SARS-CoV-2在实验室培养的人类细胞内的复制。 其中两种化合物，即钙蛋白酶（calpain）抑制剂II和XII，在生化测试中对Mpro的活性不如另一种名为GC-376的候选药物。然而，论文第一作者、Chen博士实验室的博士生Michael Sacco说，钙蛋白酶抑制剂，特别是钙蛋白酶抑制剂XII，实际上比GC-376在细胞培养物中杀死SARS-CoV-2的效果更好。 Sacco说，“我们想，如果这些钙蛋白酶抑制剂不能那么有效地抑制这种冠状病毒的Mpro，那么它们一定是在做其他事情方能解释它们的抗病毒活性。”他们从其他研究小组所做的研究中了解到，钙蛋白酶抑制剂可以阻断其他的蛋白酶，包括组织蛋白酶L，这是一种参与介导SARS-CoV-2进入细胞的关键人类宿主蛋白酶。 在这项新的研究中，这些研究人员使用了先进的技术，特别是X射线晶体学技术，以直观地了解钙蛋白酶抑制剂II和XII如何与病毒蛋白Mpro相互作用。他们观察到，钙蛋白酶II抑制剂与预期的一样，贴合到位于SARS-CoV-2 Mpro表面的靶结合位点上。出乎意料的是，他们还发现钙蛋白酶XII抑制剂采用了一种独特的构型---称为“倒置的结合姿势（inverted binding pose）”，以紧密地贴合在Mpro的活性结合位点上。(紧密贴合优化了这种抑制剂与靶病毒蛋白之间的相互作用，降低了协助SARS-CoV-2增殖的Mpro的活性)。 Chen博士说，“我们的研究结果为我们在未来如何设计更好的抑制剂来靶向这种关键病毒蛋白提供了有用的结构信息。” Chen博士说，除了同时靶向病毒蛋白酶Mpro和人类组织蛋白酶L提高效力（以较低的剂量获得理想的药物效果）外，双重抑制剂的另一个好处是它们有潜力抑制耐药性。 SARS-CoV-2会发生突变，这可能会改变它的靶基因序列。这些病毒突变会欺骗人体细胞，让这种病毒附着在细胞表面膜上并导入它的遗传物质到细胞中，并能改变病毒蛋白的形状以及它们与细胞内其他分子（包括抑制剂）的相互作用方式。 当SARS-CoV-2发生突变以便继续增殖时，它可能会对某种抑制剂产生抵抗性，从而降低这种化合物的有效性。换句话说，如果这种病毒的靶基因序列（锁）发生变化，那么钥匙（抑制剂）就不再适合那把特定的锁。但是假设同一把钥匙可以打开两把锁，以帮助阻止这种病毒感染；在这种情况下，这两把锁是Mpro（病毒靶蛋白）和组织蛋白酶 L（人类靶蛋白）。 Chen博士说，“这种病毒很难同时改变两把锁（两个药物靶标）。因此，双重抑制剂使得抗病毒药物耐药性更难形成，这是因为即便这个病毒靶蛋白发生变化，这种类型的化合物对没有发生变化的人类宿主蛋白仍然有效。” 这些研究人员继续对现有的抗病毒候选药物进行微调，以改善它们的稳定性和性能，并希望将他们所学到的知识应用于帮助设计新的COVID-19药物。他们的下一步研究工作将包括解决钙蛋白酶抑制剂如何在化学和结构上与组织蛋白酶L相互作用。

心血管疾病是目前全球第一大疾病死亡原因，而高胆固醇引起的血脂异常是导致心血管疾病死亡的重大风险之一。他汀类药物是高血脂的一线治疗药物，但是15%的患者存在他汀不耐受或者他汀降脂效果不佳等临床缺陷。因此，开发高效安全的高血脂治疗药物具有重要的研究意义。 2022年4月14日，我和我爸的十七岁上海药物研究所柳红课题组和黄河课题组合作在Cell Metabolism上发表了文章“Identification and evaluation of a lipid-lowering small compound in preclinical models and in a Phase I trial”，在发现降血脂候选药物并开展作用机制和新靶点发现研究方面取得重要进展。 柳红课题组、王逸平课题组和蒋华良课题组合作，前期通过多轮结构改造和成药性优化，开发获得具有我国自主知识产权的降脂候选药物DC371739（一类新药）。候选药物DC371739可剂量依赖地降低金黄地鼠血清中TC、LDL-C和TG水平，起效剂量仅为10 mg/kg；在自发性高血脂恒河猴动物模型中，DC371739可剂量依赖地降低血清中TC和LDL-C水平，起效剂量仅为3 mg/kg。基于DC371739良好的体内外降脂作用和优良的药代动力学特性和安全性，该项目于2020年7月获得临床批件。2020年9月入组首例病人，开展I期临床研究。I期临床研究结果表明，DC371739在健康受试者和高血脂患者体内均具有良好的安全性、耐受性和药代动力学特性。高血脂患者临床研究结果表明，DC371739口服给予40毫克剂量组可降低高血脂患者体内的TC和LDL-C水平。 　　柳红课题组和黄河课题组合作开展了候选药物DC371739的降脂作用机制研究。相关研究结果表明，候选药物DC371739与天然产物小檗碱、单克隆抗体类PCSK9抑制剂的作用机制截然不同，并不直接作用于PCSK9，对LDLR的mRNA也无影响，而是通过抑制转录因子HNF-1α，剂量依赖地降低PCSK9和ANGPTL3的mRNA水平。研究人员通过设计化学探针和定点突变实验，明确了DC371739与HNF-1α的结合位点和作用模式。DC371739通过与HNF-1α结合抑制其转录功能，降低PCSK9和ANGPTL3的转录水平，下调了PCSK9蛋白和ANGPTL3蛋白表达，进而增加了LDLR蛋白表达和LPL活性，促进循环中LDL-C和TG的清除，从而发挥降脂作用。 　　他汀类药物在临床使用过程中会增加PCSK9蛋白表达影响其降脂活性。基于DC371739独特的降脂作用机制，研究人员设计了DC371739与阿托伐他汀钙进行联合用药的治疗方案。研究结果表明，候选药物DC371739可下调由阿托伐他汀钙诱导增加的HepG2细胞中PCSK9蛋白表达，进一步增加LDLR蛋白表达水平。DC371739与阿托伐他汀钙联合用药，可进一步降低高血脂大鼠的TC、TG和LDL-C水平。 研究人员首次发现高血脂治疗潜在新靶标HNF-1α，并揭示了降脂候选药物DC371739独特的作用新机制，发现了其临床疗效监控生物标志物PCSK9和ANGPTL3，为高血脂症个性化临床研究奠定基础。另外，研究人员根据其独特的降脂作用机制提出DC371739与阿托伐他汀钙联合用药方案，为他汀不耐受或者他汀治疗效果不佳的患者提供了治疗的潜在新策略。 　　上海药物所的王江、严聪和席聪以及南京中医药大学的赵晶为该研究论文共同第一作者。上海药物所柳红研究员和黄河研究员为该研究论文的共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、临港实验室重点项目、上海市科委基金以及广州嘉越医药科技有限公司的资助。 原文链接：https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(22)00094-8