賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)副教授喬伊斯·何塞(Joyce Jose) 表示：“SARS-CoV-2 疫苗以刺突蛋白為目標(biāo)，但這種蛋白面臨著強(qiáng)大的選擇壓力，正如我們?cè)贠micron 中看到的那樣?！彼赡軙?huì)發(fā)生重大突變。仍然迫切需要針對(duì)SARS-CoV-2 的病毒部分進(jìn)行治療，而不是刺突蛋白，這些部分不易進(jìn)化?！?

先前的研究表明，兩種SARS-CoV-2 酶（包括Mpro 和PLpro 在內(nèi)的蛋白酶）是抗病毒藥物開發(fā)的有希望的目標(biāo)。例如，輝瑞的COVID-19 治療藥物Paxlovid 的目標(biāo)是Mpro。 Jose 表示，這些酶相對(duì)穩(wěn)定；因此，它們不太可能迅速產(chǎn)生耐藥突變。

賓夕法尼亞州立大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授Katsuhiko Murakami 指出，這些病毒蛋白酶由于具有裂解或裂解蛋白質(zhì)的能力，對(duì)于受感染細(xì)胞中SARS-CoV-2 的復(fù)制至關(guān)重要。

Murakami 表示：“SARS-CoV-2 從其RNA 基因組中產(chǎn)生稱為多蛋白的長蛋白，這些蛋白必須被這些蛋白酶有序地切割成單個(gè)蛋白，從而形成功能性病毒酶和蛋白，一旦進(jìn)入細(xì)胞，病毒就會(huì)開始復(fù)制。”解釋道。 “如果抑制其中一種蛋白酶，就可以防止SARS-CoV-2 在感染者中進(jìn)一步傳播?！?

研究結(jié)果于2 月25 日發(fā)表在期刊《通信生物學(xué)》 上。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)方法，可以快速識(shí)別活體人類細(xì)胞中的Mpro 和PLpro 蛋白酶抑制劑。

“雖然還有其他檢測(cè)方法，但我們?cè)O(shè)計(jì)的新檢測(cè)方法可以在活細(xì)胞中進(jìn)行，這使我們能夠同時(shí)測(cè)量抑制劑對(duì)人體細(xì)胞的毒性，”何塞說。

研究人員使用他們的檢測(cè)方法測(cè)試了64 種化合物的庫，包括HIV 和丙型肝炎蛋白酶的抑制劑；某些原生動(dòng)物寄生蟲中存在的半胱氨酸蛋白酶；和二肽基肽酶（一種與2 型糖尿病有關(guān)的人類酶），以測(cè)試它們抑制Mpro 或PLpro 的能力。從這64 種化合物中，研究小組鑒定出了11 種影響Mpro 活性的化合物和5 種影響PLpro 活性的化合物，其截止點(diǎn)是蛋白酶活性降低50%，細(xì)胞存活率降低90%。

生物化學(xué)和分子生物學(xué)副研究教授Anoop Narayanan 使用活體共聚焦顯微鏡監(jiān)測(cè)這些化合物的活性。

納拉亞南說：“我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以便如果該化合物影響蛋白酶，你就會(huì)在細(xì)胞的某些區(qū)域看到熒光?！?

接下來，研究小組在賓夕法尼亞州立大學(xué)Eva J. Pell 高級(jí)生物研究實(shí)驗(yàn)室的BSL-3 設(shè)施中評(píng)估了16 種PLpro 和Mpro 抑制劑對(duì)SARS-CoV-2 病毒的抗病毒活性，發(fā)現(xiàn)其中8 種具有劑量依賴性。針對(duì)SARS-CoV-2 的抗病毒活性。具體來說，他們發(fā)現(xiàn)西他列汀和達(dá)卡他韋抑制PLpro，而MG-101、Lycorine HCl 和甲磺酸奈非那韋抑制Mpro。其中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MG-101還通過抑制蛋白酶對(duì)刺突蛋白的加工來阻礙病毒感染細(xì)胞的能力。

Narayanan 說：“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞用選定的抑制劑預(yù)處理時(shí)，只有MG-101 會(huì)影響病毒進(jìn)入細(xì)胞?！?

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，用Mpro 和PLpro 抑制劑組合治療細(xì)胞具有額外的抗病毒作用，可以更好地抑制SARS-CoV-2 復(fù)制。

Jose 說：“我們的研究表明，在細(xì)胞培養(yǎng)中，如果將Mpro 和PLpro 抑制劑結(jié)合起來，就能在不增加毒性的情況下對(duì)病毒產(chǎn)生更強(qiáng)的作用?！?“這個(gè)組合的抑制作用是非常強(qiáng)大的?！?

為了研究MG-101抑制Mpro蛋白酶活性的機(jī)制，包括生物化學(xué)和分子生物學(xué)博士后學(xué)者M(jìn)anju Narwal在內(nèi)的科學(xué)家利用X射線晶體學(xué)獲得了MG-101與Mpro復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。

“我們能夠看到MG-101 如何與Mpro 的活性位點(diǎn)相互作用，”Narwal 說。 “這種抑制劑模仿多蛋白并以類似的方式與蛋白酶結(jié)合，從而阻止蛋白酶對(duì)多蛋白的結(jié)合和裂解，這是病毒復(fù)制的重要步驟。”

Murakami 補(bǔ)充道：“通過了解MG-101 化合物如何與活性位點(diǎn)結(jié)合，我們可以設(shè)計(jì)出可能更有效的新化合物。”

事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)正在根據(jù)通過X 射線晶體學(xué)確定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新化合物。他們還計(jì)劃測(cè)試已證明對(duì)小鼠有效的藥物組合。

盡管科學(xué)家研究了SARS-CoV-2 的Delta 變種，但他們表示，這些藥物可能對(duì)Omicron 和未來的變種有效，因?yàn)樗鼈冡槍?duì)的是病毒中不太可能發(fā)生顯著突變的部分。

何塞說：“開發(fā)針對(duì)各種冠狀病毒的廣譜抗病毒藥物是針對(duì)循環(huán)和新出現(xiàn)的冠狀病毒感染的最終治療策略。” “我們的研究表明，重新利用某些FDA 批準(zhǔn)的抑制Mpro 和PLpro 活性的藥物可能是對(duì)抗SARS-CoV-2 的有效策略。”