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狙击covid-19:银色子弹何在?

新冠疫情发展到今天,已然开启肆虐全球的模式。遗憾的是,纵然元凶covid-19的基因图谱、蛋白结构、入侵受体等生物学相关机制都相继被快速探明,但迄今为止,除了若干公共卫生措施和医疗手段之外,我们在药物方面堪与病毒一战的武器十分有限。从瑞德西韦到氯喹,目前都没有特别振奋的消息传出。面对穷凶极恶的covid-19,我们的银色子弹究竟在哪里呢?

抗病毒药物:非热点领域的尴尬

这或许应该从抗病毒药物的研发形势说起。纵观新药研发的版图,相比肿瘤、中枢神经系统疾病、慢性病等诸多热点领域,抗病毒药物的热度着实不高。究其原因,主要存在病患群体支付能力有限(典型一说是hiv常被称作穷人病)、地域分布不均(各大洲人群疾病谱不同)、发病水平不稳定(疫情并非常年存在)、病毒学基础研究进展不足、疫苗和公共卫生手段能够部分解决问题等诸多因素。

欧美国家中,工业界自数年前hcv被成功治愈之后,除了少数生物技术公司和公益组织尚在努力攻克hiv之外,抗病毒药物研发整体已在日渐萧条。中国的局面同样也难言乐观,根据医药魔方nextpharma数据库的统计,在研抗病毒创新药超过九成是针对hbv,其余病毒类型同样门庭冷落。在此背景下,面对cov-2019突发疫情,业界的手忙脚乱并不意外。

其实冠状病毒在学术界并不陌生,只是数十年来并未大量吸引公众的关注,直到2003年sars和2012年mars的相继爆发。这或许是缘于此前的主要致病株,包括hcov‑229e、hcov‑oc43、hcov‑nl63以及 hcov‑hku1等,导致的感染症状大多比较温和,可以自愈。即使是sars和mars这样大量传播和致死的全球性公共事件,其关注度也往往随着疫情平息而骤减。

冠状病毒在基础科研领域尚有若干实验室一直专注研究,在工业界则常年是门前冷落鞍马稀,这也正是为何当covid-19突然爆发后,盘点此前针对sars和mars的在研抗病毒药物,大多数都在pre-clinical或者至多i期,能够拿出手寥寥无几。很无奈,但这就是现实。

以史为鉴:寻找对抗covid-19的武器

现代理念的抗病毒药物,最早应该追溯到1963年获批的idoxuridine。此后五六十年间,在学术界和工业界携手共战hiv、hcv、hbv、流感等各类型病毒,近百种抗病毒药物被相继研发上市,其中还不乏索磷布韦这样里程碑级别的胜利。无论是经验或是策略,应该说已有相当程度的积累。那么应对covid-19,这些能带来怎样的借鉴呢?

盘点一下抗病毒药物的研发策略。通常来说,大多数病毒的生命周期,主要包括与细胞表面受体结合、内吞进入、脱壳释放遗传物质、转录或逆转录(有些还可能整合到宿主基因组)、蛋白翻译和剪切以及病毒的组装、成熟和释放等环节,期间还涉及到对某些宿主细胞器的利用。随着病毒种类的不同,具体路径或许略有差异,但基本有迹可循。迄今为止,抗病毒药物的开发策略也是针对这些环节进行尝试。

从分类上,冠状病毒属于线性正链单股rna病毒。与sars-cov和mars-cov类似,covid-19基因组编码表达的蛋白包括4种非结构蛋白:两种蛋白酶(protease)plpro及3clpro,解旋酶(helicase),rna聚合酶(rnapolymerase),以及结构蛋白s (spike glycoprotein)。4种非结构蛋白是covid-19生命周期过程中的关键酶,结构蛋白s则是病毒与细胞表面受体结合和进入过程中的关键角色。

cov-2019基因组图谱

人类与rna病毒已缠斗多年,包括hiv、埃博拉、流感、hcv等等都是老对手了,这或许能为我们对抗covid-19提供若干经验,我们依次来看。

病毒入侵抑制剂(viral entry inhibitors)

病毒入侵细胞的第一步,是通过配体蛋白与细胞表面特定受体结合,改变构象并启动后续步骤。抑制病毒入侵的策略是阻断病毒与受体结合,包括靶向病毒或者宿主细胞的受体。fda目前已批准多个入侵抑制剂,类型包括小分子(maraviroc,靶向hiv ccr5)、多肽(enfuvirtide,hiv-gp41同源序列)以及大分子(palivizumab,靶向rsv glycoprotein f)。

虽然经验表明,阻断入侵的策略并非在所有的病毒上行之有效,但幸运的是,对冠状病毒可能有机会。无论是从此前针对mars-cov的动物模型研究,或是此次covid-19疫情中摸索出的康复病人血清的救治,都显示出积极的信号。s蛋白的结构已被成功解析,并在2月份的science杂志发表。

covid-19的s 蛋白结构

根据公开新闻报道,包括vir biotechnology、abcellera、regeneron等公司均在筛选针对s蛋白的单抗药物。此外,药明康德已经也immunoprecise达成了共同开发意向。

除病毒表面配体外,针对病毒宿主细胞表面受体开发药物也是阻断病毒入侵的策略。covid-19的受体基本确认和sars-cov一样,是ace2。通过选择s蛋白合适序列的合成多肽,是靶向ace2的主要思路。这方面也有不少尝试,并可以结合此前sars-cov的若干研究经验。

核苷类似物(nucleoside analogues)

核苷类似物大概是目前针对covid-19的抗病毒药物开发尝试中被提及最多策略,主要是由于这类药物针对多种类型的病毒都有过成功的案例,还获得过包括entecavir等成功的药物。此外,与其他策略相比,核苷类似物靶向病毒核酸的特性,决定了其拥有更多广谱潜力,许多在研或者上市的药物,都可以直接用来尝试。当然,作为针对covid-19这种rna病毒开发的药物,选择范围也主要是在可作为rna聚合酶抑制剂的核苷类似物之内。

上市药物中,roche已获批上市的利巴韦林是一种鸟嘌呤类似物,可以有效抑制多种rna病毒的rna聚合酶活性,此前已被批准hcv、rsv和hsv的适应症,并且在针对sars-cov和mars-cov感染的患者群体中也有过尝试,是被寄予厚望的候选药物。此外,为海正拉了数个涨停板的法匹拉韦也是类似机制的已上市广谱抗病毒核苷类似物。

在研药物中,热度最高的自然就是被称作“人民的希望”的瑞德西韦 (remdesivir)。瑞德西韦此前主要针对ebola开发,并在sars-cov和mars-cov的细胞和动物实验中已经显示出一定活性,其用于covid-19的临床试验早已是万众瞩目,不知最后能否拿到积极的结果。

另一种在研的腺嘌呤衍生物,galidesivir (bcx4430)也可能有机会。galidesivir最初针对hcv开发,已经积累了若干针对健康人群的临床数据,在黄热病毒感染患者中也看到一定程度疗效,据说在针对多种rna病毒的临床前实验中都有些积极的数据,包括sars-cov和mars-cov。

核苷类似物尽管有着广谱抗病毒的潜力,但最大的挑战可能也就是相应的低特异性。根据披露的针对covid-19的体外细胞学研究数据,利巴韦林的ec50为 61.88 μm,瑞德西韦的ec50为 0.77 μm,都谈不上特别出彩,这也使得临床使用中可能需要更高的剂量才能达到目标抗病毒效果,但同时有会带来安全性的隐患。

蛋白酶抑制剂(protease inhibitors)

蛋白酶是各类型病毒基因组表达的关键剪切和组装原件,因此也是抗病毒药物研发瞄准的重要靶点。目前靶向蛋白酶开发的,最成功的抗病毒药物类型应该是hiv和hcv,分别有多个蛋白酶抑制剂获批,尤其hcv ns3/4a 蛋白酶抑制剂的已经成为经典里程碑。

和sars-cov以及mar-cov相同,covid-19也表达有两个蛋白酶:3clpro(3-chymotrypsin-like protease)和plpro(papain-like protease)。此前曾报道有不少化合物在体外显示出能够抑制不同种类冠状病毒的3clpro或clpro酶活性,但却未能成功抑制病毒复制,而且广谱性不太好。

获批的蛋白酶抑制剂中,来自abbvie的洛匹那韦和利托那韦以及来自teva的disulfiram曾被报道可能有针对sars-cov和mars-cov的抗病毒活性。洛匹那韦和利托那韦被推测可能靶向3plpro,此前在灵长类动物模型,以及sars-cov感染的患者中都层曾报道过一些积极的结果。不过,这些作为针对hiv蛋白酶开发的抑制剂,面对covid-19最终疗效能有几何,尚需观察。双硫仑(disulfiram)靶向乙醛脱氢酶,用于治疗酒精成瘾,虽然此前适应症不是抗病毒,但有研究显示能抑制冠状病毒的plpro,不过尚无临床证据。

此外,最近还有研究报道,乙烯砜(vinylsulfone)类小分子作为蛋白酶抑制剂,在抑制covid-19复制方面表现出nm级别的活性,但其准确机制可能还需要进一步探寻。

宿主靶向药物(host-targeted agents)

除了靶向病毒的关键元件,针对宿主调控也是开发抗病毒药物的策略之一,首当其冲的就是广谱激活宿主免疫系统。包括冠状病毒在内,许多病毒都有压制宿主免疫系统的能力,由此逃避免疫反应,因此重新激活宿主免疫反应也被认为能够改善机体抗病毒的效果。

最近动静最大的抗病毒免疫调节剂,当属已经在英国开展号称万人临床试验的氯喹(chloroquine)。此外,用于治疗腹泻的硝唑尼特(nitazoxanide)也被看好。这两个化合物在体外细胞实验中呈现出的抗病毒活性ec50分别达到 1.13μm和2.12μm。此外,各类型干扰素被认为也可能有助于covid-19的治疗。

不过客观地说,既往比较成功的抗病毒药物品种,绝大多数还是以病毒为靶向。相比之下,针对宿主开发的抗病毒药物,在精准度、安全性等方面,仍然存在较大的局限性,真正成功的案例十分有限。譬如在hbv的治疗中,干扰素类别药物的使用,已经越来越少。

结语

整体看来,至少目前为止,面对covid-19,真正可能行之有效的抗病毒药物并不多。归根结底,还是缘于此前学术界和工业界对冠状病毒的关注有限。这使得我们在短时间内,只能通过repurposing,也就是老药新用的方式,挖掘可能对抗covid-19的药物。

尽管老药可以快速进行体外的细胞学研究等poc验证,甚至也积累过安全性等人体数据,但是面对新冠肺炎这样全新的适应症,无论是目标人群、剂量探索、给药窗口等诸多方面,仍然存在诸多不确定性,路漫漫其修远兮。

不过,鉴于此次疫情已经是本世纪前20年内,冠状病毒导致的第三次全球传染病爆发,诸多观点已经认为,冠状病毒有可能在未来成为流感一样的季节性传染病。对此局面,相关研究关注度已然大幅提升。我们有理由相信,在不久的未来,更多针对冠状病毒的真正有效候选抗药物将陆续出现。

转自:医药魔方