SARS-CoV-2是引起COVID-19的呼吸道病毒，它通过多个步骤攻击人体。最早的两个步骤是进入肺部深处的细胞，劫持人体宿主细胞的机器，制造出自己的复制品，这两个步骤都是病毒感染所必需的。

一项新研究为设计抗COVID-19的抗病毒药物提供了思路，它表明一些现有的化合物既能抑制SARS-CoV-2在人体细胞内复制所需的关键病毒蛋白，主要蛋白酶（Mpro），也能抑制病毒进入宿主细胞的重要蛋白质，溶酶体蛋白酶组织蛋白酶L。这项研究由南佛罗里达健康大学（USF Health）莫尔萨尼医学院和亚利桑那大学药学院的研究人员领导，11月6日发表在《Science Advances》。

“如果我们能够开发出关闭或显著减少病毒进入和病毒复制这两个过程的化合物，这种双重抑制可能会增强这些化合物治疗冠状病毒感染的效力，”研究共同负责人USF健康部分子医学副教授Yu Chen博士说。“打个比方，这就像一举两得。”

USF亚利桑那州卫生大学（UA）的合作者建立在他们之前的工作基础上，他们确定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。所有的候选人都选择了靶向Mpro来阻断SARS-CoV-2在实验室培养的人细胞内的复制。

其中两种化合物，钙蛋白酶抑制剂II和XII，在生化测试中并没有表现出与另一种叫做GC-376的候选药物一样强的抗Mpro活性。然而，陈博士实验室的博士生、文章主要作者Michael Sacco说，钙蛋白酶抑制剂，尤其是XII，实际上比GC-376在细胞培养中杀死SARS-CoV-2的效果更好。

Sacco说：“我们认为，如果这些钙蛋白酶抑制剂在抑制病毒主要蛋白酶方面的效果较差，那么它们肯定是在做其他事情，这样才能解释它们在细胞中的抗病毒活性。”

他们从其他研究小组的研究中了解到，钙蛋白酶抑制剂可以阻断其他蛋白酶，包括组织蛋白酶L，组织蛋白酶L是一种重要的人类宿主蛋白酶，参与介导SARS-CoV-2进入细胞。

在这项最新的研究中，USF健康研究人员使用了先进的技术，特别是X射线晶体学，来观察钙蛋白酶抑制剂II和XII是如何与病毒蛋白Mpro相互作用的。他们观察到钙蛋白酶Ⅱ抑制剂与预期一样适合于SARS-CoV-2主要蛋白酶表面的靶向结合位点。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结构——“反向结合姿势”——来紧密地与Mpro活性结合位点结合。（量身定制的优化抑制剂与靶向病毒蛋白的相互作用，降低有助于SARS-CoV-2增殖的酶活性。）

陈博士说：“我们的发现提供了有用的结构信息，说明我们如何设计更好的抑制剂，以在未来针对这一关键病毒蛋白。

陈博士说，除了靶向病毒蛋白酶Mpro和人类蛋白酶组织蛋白酶L的效力提高（在较低剂量下期望的药物效果），双重抑制剂的另一个好处是它们有抑制耐药性的潜力。

SARS-CoV-2可以突变，或改变其靶基因序列。这些病毒突变诱使人类细胞允许病毒附着在细胞的表面膜上并插入其遗传物质，并且可以改变病毒蛋白质的形状以及它们如何与细胞内的其他分子（包括抑制剂）相互作用。

当病毒发生变异以便继续繁殖时，它会对某种特定的抑制剂产生抗药性，从而降低这种化合物的效力。换言之，如果病毒靶点的基因序列发生变化，抑制剂就不再适合这个特定的靶点。但是让我们假设同一把钥匙可以打开两个锁来帮助防止COVID-19感染；在这个例子中，这两个锁是病毒靶蛋白Mpro和人类的靶蛋白组织蛋白酶L。

“病毒很难同时改变两个锁（两个药物靶点），”陈博士说。“因此，双重抑制剂使抗病毒药物耐药性的形成更加困难，因为即使病毒蛋白发生变化，这种类型的化合物仍能有效地对抗未发生变化的人类宿主蛋白质。”

美国亚利桑那州健康大学的研究小组继续对现有的抗病毒药物进行微调，以提高它们的稳定性和性能，并希望应用他们所学到的知识来帮助设计新的COVID-19药物。他们下一步将包括解决钙蛋白酶抑制剂与组织蛋白酶L在化学和结构上的相互作用。

原文检索：Structure and inhibition of the SARS-CoV-2 main protease reveals strategy for developing dual inhibitors against Mpro and cathepsin L

（生物通：伍松）