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新冠靶点新视角五:靶向宿主的抗病毒药物靶点DHODH


    

近期,武汉大学生科院和华东理工大学药学院合作研究发现,二氢乳酸脱氢酶(DHODH)的新型有效抑制剂针对RNA病毒具有广谱抗病毒感染的特点。

 

目前开发广谱抗病毒药物(BSA)主要有两种策略,一是利用核苷或核苷酸类似物,二是靶向宿主的抗病毒制剂(HTA)。核苷或核苷类似物通常会引起耐药性和毒性,但由于病毒具有特异性,现有的直接作用于病毒的抗病毒(DAA)药物,不能立即应用于新病毒感染患者。在新病毒爆发的时候重新开发新的DAA药物需要很长的时间,一方面要阻断病毒复制,另一方面要克服潜在的病毒诱变,因此,HTA药物就具有对抗广谱病毒更多的优势。

 

2017年Nam Nam Cheung等人研究发现,嘧啶合成抑制剂对常见呼吸道RNA病毒具有广谱抑制作用,并参与宿主抗病毒反应。而多项关于HTA药物研究的实验表明,靶向宿主嘧啶合成途径的化合物能够抑制病毒的感染,这也说明有些病毒在复制时需要依赖于宿主嘧啶的合成。而没有特定靶标的嘧啶合成抑制剂在动物实验中,对感染致命A型流感病毒小鼠的保护能力有限,因此,开发更有效的特定靶标的抑制剂非常有必要。

 

研究者提到了两种有效的DHODH抑制剂,S3121和S416,他们具有良好的药代动力学特征,均可针对多种RNA病毒起作用,包括A型流感病毒(H1N1,H3N2,H9N2)、寨卡病毒、埃博拉病毒,同样也适用于SARS-CoV-2。该研究通过体内验证高抗病毒效力和DHODH敲除细胞中低病毒复制来确定DHODH可以作为抗病毒药物靶标。而DAA和HTA药物组合或许是抗病毒治疗的一个更有前途的方向。对于这个发现,研究者是怎样的思路呢?我们对文章进行了分析,首先,研究者将280,000种针对DHODH26辅酶Q结合位点的化合物进行了分子对接虚拟筛选,如下图所示。

 

图1:新型DHODH抑制剂的筛选(Rui Xiong et al. 2020)

 

通过结构优化,最终获得了两种高效的DHODH抑制剂 S312和S416,鉴定其有效性和低毒性,研究表明这两种抑制剂在体内和体外都有良好的效果,能够有效保护小鼠免受致命流感的攻击。接下来作者就将DHODH抑制剂对寨卡病毒、埃博拉病毒和SARS-CoV-2病毒的广谱抗病毒活性进行了逐一鉴定,发现DHODH抑制剂能够有效抑制这些病毒的活性。为了阐明DHODH在病毒复制过程中的作用,该研究利用Crispr/cas9技术获得了DHODH敲除细胞系,结果发现,DHODH敲除的细胞系中病毒的增殖与对照组相比明显受到了限制,同时,用抑制剂S312添加到对照组细胞中,病毒的增殖急剧降低,这些结果证明了病毒生长需要DHODH的参与。值得注意的是,研究最后提出,S312在治疗后期,可限制细胞因子风暴的产生,这对于病毒感染中后期的治疗是非常重要的。

 

在病毒感染的细胞中,快速的病毒复制需要大量的细胞内核苷酸,显然,核苷酸的从头合成途径对于病毒的复制至关重要。与DNA病毒相比,RNA病毒在其基因组中需要独特的UMP,但不需要TMP。UMP是DHODH产生的特定核苷,这意味着RNA病毒可能对DHODH活性更敏感。

 

DHODH是嘧啶从头合成途径中重要的限速酶,能催化二氢乳清酸脂(DHO)转化为乳清酸脂,为RNA/DNA的合成提供核苷酸。在哺乳动物细胞中,DHODH位于线粒体中,通过辅酶Q连接到呼吸链,参与氧化磷酸化过程。也有研究表明,抑制DHODH在体外会干扰癌细胞的增殖。

 

2019年Sunrui Chen等研究者研究了DHODH抑制剂对轮状病毒的抗病毒作用,与SARS-CoV-2一样,轮状病毒也属于RNA病毒。研究者发现,DHODH的抑制剂BQR和LFM可有效抑制猴轮状病毒SA11和患者来源的轮状病毒株2011K的复制,这种抑制现象是因为细胞嘧啶合成被阻断导致嘧啶核苷库耗尽而产生的。大量研究表明,针对DHODH的抑制剂可以显著抑制埃博拉病毒EBOV、寨卡病毒ZIKV、水泡性口炎病毒VSV以及登革热病毒等。因此,将DHODH作为抗病毒药物靶点的研究对于治疗COVID19来说意义重大。除了现在出现的SARS-CoV-2,还有很多RNA病毒,以后可能会出现更多,但是,我们要战胜它,就必须先去了解它,知道它的本质,它的作用方式,它的入侵策略,这对于人类的生存和发展来说,终将是有益而无害的。

 

不管是疫苗开发,还是新药的研制,用到临床上都必须要经过一个安全性的判定,这需要经过一个漫长的过程。临床前的体内实验是验证药效的一个非常重要的途径,而什么样的模式动物才能有效应用于新出现的SARS-CoV-2甚至是以后不知名的新病毒的研究呢?这些动物模型又怎样去评估新开发的药物以及疫苗在临床上的效应呢?这些都是我们要去思考的问题。

 

新型冠状病毒的突然到来,让我们猝不及防,虽然人类已经有了很前端的科研和技术支持,但面对全新的病毒,我们依然有一个适应过程,跟时间较量,跟病毒较量,为了加快研发,全世界的医药行业以及病毒实验室都在进行紧张的探索和研究。希望我们能在人类的发展史上交一份合格的答卷。

 

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