3CLpro蛋白酶抑制剂，如何靠实力进入新冠病毒诊疗方案

3月15日，国家卫健委发布《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第九版）》，在抗病毒治疗中，抗新冠病毒药物PF-07321332/利托那韦片（Paxlovid）被写入诊疗方案。Paxlovid是由两种抗病毒药物组成，其中PF-07321332就是奈玛特韦（Nirmatrelvir），是一种新冠病毒的3CL蛋白酶抑制剂。

3CLpro为何被选择作为抗新冠病毒药物靶点，它是如何发挥功能的呢？其实早在2003年SARS以来就已经积累了大量的研究，3CLpro是冠状病毒复制所必须的酶，可作为有效的抗病毒药物靶点。SARS-CoV-2与SARS-CoV基因组相似，具有一个5’非翻译区，后面为16个非结构蛋白（开放阅读框；ORF 1a和ORF1b复合体）也称为复制酶复合体，结构蛋白如spike (S)、envelope (E)、membrane (M)、nucleocaspid (N)以及其他辅助蛋白在3’端附近。病毒的生命周期始于病毒的S蛋白与宿主细胞上的受体ACE2的结合，之后病毒包膜与宿主细胞膜融合，病毒基因组释放到细胞质中。病毒基因组(+ssRNA)利用宿主核糖体，翻译成~800KDa大多肽(PP)链。新生成的PP链被PLpro和3CLpro等两种蛋白酶自体水解切割，生成病毒复制所需的几种非结构蛋白(NSPs)。3CLpro也称为主蛋白酶(Mpro)，在病毒复制中起主要作用。PLpro和3CLpro将PP链切割成16个NSPs，在产生的16个NSPs中，3CLpro产生11个NSPs，使该蛋白酶成为开发抗SARS-CoV药物的主要靶点之一。^[1]

图1. SARS-CoV-2基因组排列和蛋白酶切割位点的示意图^[1]

SARS-CoV-2与SARS-CoV的3CLpro只差12个氨基酸，同源性大于96%，两者结构基本一致。3CLpro识别位点依赖于P1位的Gln，由于人体内没有与3CLpro类似切割位点的蛋白酶，可筛选高特异性的抑制剂，具有更好的安全性。3CLpro在beta冠状病毒中保守性高，筛选出的3CLpro抑制剂具有广谱抗冠状病毒能力。^[2]

图2. 3CLpro蛋白质结构^[2]

2022年1月，盐野义公布旗下口服3CL蛋白酶抑制剂S-217622临床2/3期试验中2a期部分积极结果。体外试验显示，S-217622对SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV、人冠状病毒HCoV-229E以及HCoV-OC43均有抑制活性，对SARS-CoV-2的各种突变株包括引起新冠大流行的Delta和Omicron均有效。此外，S-217622对Caspase-2、胰凝乳蛋白酶、组织蛋白酶B/D/G/L、凝血酶等宿主细胞蛋白酶在100 μM范围内均无抑制活性，表明其对冠状病毒蛋白酶具有较高的选择性。^[3]

图3. 验证S-217622对SARS-CoV-2突变株和冠状病毒家族的体外抗病毒活性^[3]

图4. S-217622对人类宿主蛋白酶和HIV-1蛋白酶的抑制活性。在100 μM抑制活性＜50%。^[3]

表1. 目前部分国内外3CLpro药物进展

注：来源于公开网络和官网信息整理。

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参考资料：

1. V Mody, Ho J , Wills S , et al. Identification of 3-chymotrypsin like protease (3CLPro) inhibitors as potential anti-SARS-CoV-2 agents[J]. Communications Biology, 2021, 4(1):93.

2. Zhang L , Lin D , Sun X , et al. X-ray Structure of Main Protease of the Novel Coronavirus SARS-CoV-2 Enables Design of α-Ketoamide Inhibitors. 2020.

3. Discovery of S-217622, a Non-Covalent Oral SARS-CoV-2 3CLProtease Inhibitor Clinical Candidate for Treating COVID-19.