2019年4月2日，清华大学药学院饶燏课题组与清华大学医学院娄智勇课题组合作在药物化学权威杂志《Journal of Medicinal Chemistry》在线发表题为“Discovery, Optimization and Target Identification of Novel Potent Broad-Spectrum Antiviral Inhibitors”的研究工作，报道新型广谱抗病毒化合物的发现及其靶点确证工作。

病毒感染严重威胁全球健康，例如登革病毒（DENV）和寨卡病毒(ZIKV)分别在全世界和巴西造成约3.9亿人和400万人的感染。对于很多病毒目前并无有效的疫苗或药物，新型抗病毒药物的研究就显得很有必要。根据作用机理的不同，抗病毒药物大体可以分为病毒靶向的药物和宿主靶向的药物。病毒靶向的药物通常具有很好的特异性，但容易产生耐药突变；而宿主靶向药物的魅力在于其通常具有广谱的抗病毒活性、不易产生耐药，这尤其对大规模的病毒爆发,如历史上的非典、流感、埃博拉以及近期的寨卡具有重要意义。因为广谱的抗病毒药物可以被立即应用到临床，而不必耗费时间去发展特定的治疗方法；另一方面，广谱抗病毒药物对感染群体较少的病毒感染具有重要价值，因为这对制药企业没有足够的利润吸引力，不会耗巨资去开发该类药物。虽然作用于宿主的广谱抗病毒药物受到很大期待，但到目前为止被批准的该类型小分子药物仅有利巴韦林。


图1  基于表型的抗病毒化合物筛选与优化

基于目前的这种抗病毒现状，饶燏课题组与娄智勇课题组合作，利用之前在发展抗疟疾NDH2抑制剂过程中构建的一类2-位二芳基取代的喹诺酮类化合物作为基于表型的筛选对象（J. Med. Chem. 2017, 60 (5), 1994-2005），在第一轮筛选中仅从不到200个化合物中就确认得到了5个苗头化合物，然后经过一系列的构效关系研究和优化得到一个活性最强的分子RYL-634（图1）。这也是喹诺酮类化合物在药物发现中作为一种优势结构的体现。进一步的研究发现，RYL-634对包括丙肝病毒（HCV）、DENV、ZIKV、基孔肯雅病毒（CHIKV）、肠道病毒EV71、人免疫缺陷病毒（HIV）、呼吸道合胞病毒（RSV）、中东呼吸综合症冠状病毒（MERS-CoV）、发热伴血小板减少综合征病毒(SFTSV)、流感病毒等对人致病病毒具有很强或较明显的抑制效果，对宿主细胞的毒性也在可接受范围内（表1）。RYL-634还与目前批准的抗病毒药物联用具有协同效应。经过耐药压力筛选，未发现对RYL-634耐药的病毒株产生。以上结果显示了基于RYL-634发展新型抗病毒治疗方法具有很大的潜力。


表1  RYL-634的广谱抗病毒活性

接下来，研究人员对RYL-634的作用机制进行了探寻。由于人类和病毒中不含有该类分子先前的作用靶点疟原虫的NDH2或其同源蛋白，该类化合物也从未被报道过有抗病毒活性，研究人员采用Activity-Based Protein Profiling (ABPP)的方法在之前总结的构效关系基础上设计合成了光交联探针进行靶点“垂钓”（图2），并通过生物信息学的分析发现RYL-634作用于多种生物学通路，具有多种可能潜在的靶点，可能性最大的是作用于宿主的胞内分子代谢相关通路，并利用反相对接的方法进一步缩小了潜在靶点的范围。



图2  利用ABPP和反相对接搜寻靶点

最终，研究人员通过一系列生化实验、Drug Affinity Responsive Target Stability （DARTS）等方法确定了人的DHODH是RYL-634的一个抗病毒靶点（图3）。DHODH还是抗癌、免疫调节、抗疟疾等方向的靶点，RYL-634作为一类新的DHODH抑制剂，有希望被应用的以上领域。特别是对于抗疟疾，由于该类化合物最初被用作疟原虫的NDH2抑制剂，而人源DHODH与疟原虫的DHODH又具有一定同源性，在未来有极大可能性基于该类化合物发展出针对疟原虫NDH2和DHODH的双重抑制剂，以克服目前疟疾的耐药问题。除了DHODH，研究人员并不排除RYL-634可能通过其它途径发挥抗病毒作用，对于其作用机制的进一步研究和类药性质的优化还在进行中。


图3  RYL-634与DHODH的相互作用

饶燏课题组和娄智勇课题组博士后杨毅庆、曹林、高红英为本工作的共同第一作者，饶燏和娄智勇为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、清华-北大生命联合中心以及中国博士后基金的大力支持。
 
原文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.jmedchem.9b00091