最新研究成果 | 清華藥學院饒燏課題組在《Journal of Medicinal Chemistry》報道新型廣譜抗病毒化合物的發(fā)現(xiàn)及其靶點確證工作
時間：2021-04-09 00:36:59學院：藥學院學校：清華大學
2019年4月2日，清華大學藥學院饒燏課題組與清華大學醫(yī)學院婁智勇課題組合作在藥物化學權(quán)威雜志《Journal of Medicinal Chemistry》在線發(fā)表題為“Discovery, Optimization and Target Identification of Novel Potent Broad-Spectrum Antiviral Inhibitors”的研究工作，報道新型廣譜抗病毒化合物的發(fā)現(xiàn)及其靶點確證工作。
病毒感染嚴重威脅全球健康，例如登革病毒（DENV）和寨卡病毒(ZIKV)分別在全世界和巴西造成約3.9億人和400萬人的感染。對于很多病毒目前并無有效的疫苗或藥物，新型抗病毒藥物的研究就顯得很有必要。根據(jù)作用機理的不同，抗病毒藥物大體可以分為病毒靶向的藥物和宿主靶向的藥物。病毒靶向的藥物通常具有很好的特異性，但容易產(chǎn)生耐藥突變；而宿主靶向藥物的魅力在于其通常具有廣譜的抗病毒活性、不易產(chǎn)生耐藥，這尤其對大規(guī)模的病毒爆發(fā),如歷史上的非典、流感、埃博拉以及近期的寨卡具有重要意義。因為廣譜的抗病毒藥物可以被立即應(yīng)用到臨床，而不必耗費時間去發(fā)展特定的治療方法；另一方面，廣譜抗病毒藥物對感染群體較少的病毒感染具有重要價值，因為這對制藥企業(yè)沒有足夠的利潤吸引力，不會耗巨資去開發(fā)該類藥物。雖然作用于宿主的廣譜抗病毒藥物受到很大期待，但到目前為止被批準的該類型小分子藥物僅有利巴韋林。
圖1? 基于表型的抗病毒化合物篩選與優(yōu)化
基于目前的這種抗病毒現(xiàn)狀，饒燏課題組與婁智勇課題組合作，利用之前在發(fā)展抗瘧疾NDH2抑制劑過程中構(gòu)建的一類2-位二芳基取代的喹諾酮類化合物作為基于表型的篩選對象（J. Med. Chem. 2017, 60 (5), 1994-2005），在第一輪篩選中僅從不到200個化合物中就確認得到了5個苗頭化合物，然后經(jīng)過一系列的構(gòu)效關(guān)系研究和優(yōu)化得到一個活性最強的分子RYL-634（圖1）。這也是喹諾酮類化合物在藥物發(fā)現(xiàn)中作為一種優(yōu)勢結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，RYL-634對包括丙肝病毒（HCV）、DENV、ZIKV、基孔肯雅病毒（CHIKV）、腸道病毒EV71、人免疫缺陷病毒（HIV）、呼吸道合胞病毒（RSV）、中東呼吸綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV）、發(fā)熱伴血小板減少綜合征病毒(SFTSV)、流感病毒等對人致病病毒具有很強或較明顯的抑制效果，對宿主細胞的毒性也在可接受范圍內(nèi)（表1）。RYL-634還與目前批準的抗病毒藥物聯(lián)用具有協(xié)同效應(yīng)。經(jīng)過耐藥壓力篩選，未發(fā)現(xiàn)對RYL-634耐藥的病毒株產(chǎn)生。以上結(jié)果顯示了基于RYL-634發(fā)展新型抗病毒治療方法具有很大的潛力。
表1? RYL-634的廣譜抗病毒活性
接下來，研究人員對RYL-634的作用機制進行了探尋。由于人類和病毒中不含有該類分子先前的作用靶點瘧原蟲的NDH2或其同源蛋白，該類化合物也從未被報道過有抗病毒活性，研究人員采用Activity-Based Protein Profiling (ABPP)的方法在之前總結(jié)的構(gòu)效關(guān)系基礎(chǔ)上設(shè)計合成了光交聯(lián)探針進行靶點“垂釣”（圖2），并通過生物信息學的分析發(fā)現(xiàn)RYL-634作用于多種生物學通路，具有多種可能潛在的靶點，可能性最大的是作用于宿主的胞內(nèi)分子代謝相關(guān)通路，并利用反相對接的方法進一步縮小了潛在靶點的范圍。
圖2? 利用ABPP和反相對接搜尋靶點
最終，研究人員通過一系列生化實驗、Drug Affinity Responsive Target Stability （DARTS）等方法確定了人的DHODH是RYL-634的一個抗病毒靶點（圖3）。DHODH還是抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗瘧疾等方向的靶點，RYL-634作為一類新的DHODH抑制劑，有希望被應(yīng)用的以上領(lǐng)域。特別是對于抗瘧疾，由于該類化合物最初被用作瘧原蟲的NDH2抑制劑，而人源DHODH與瘧原蟲的DHODH又具有一定同源性，在未來有極大可能性基于該類化合物發(fā)展出針對瘧原蟲NDH2和DHODH的雙重抑制劑，以克服目前瘧疾的耐藥問題。除了DHODH，研究人員并不排除RYL-634可能通過其它途徑發(fā)揮抗病毒作用，對于其作用機制的進一步研究和類藥性質(zhì)的優(yōu)化還在進行中。
圖3? RYL-634與DHODH的相互作用
饒燏課題組和婁智勇課題組博士后楊毅慶、曹林、高紅英為本工作的共同第一作者，饒燏和婁智勇為通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、清華-北大生命聯(lián)合中心以及中國博士后基金的大力支持。
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原文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.jmedchem.9b00091
病毒感染嚴重威脅全球健康，例如登革病毒（DENV）和寨卡病毒(ZIKV)分別在全世界和巴西造成約3.9億人和400萬人的感染。對于很多病毒目前并無有效的疫苗或藥物，新型抗病毒藥物的研究就顯得很有必要。根據(jù)作用機理的不同，抗病毒藥物大體可以分為病毒靶向的藥物和宿主靶向的藥物。病毒靶向的藥物通常具有很好的特異性，但容易產(chǎn)生耐藥突變；而宿主靶向藥物的魅力在于其通常具有廣譜的抗病毒活性、不易產(chǎn)生耐藥，這尤其對大規(guī)模的病毒爆發(fā),如歷史上的非典、流感、埃博拉以及近期的寨卡具有重要意義。因為廣譜的抗病毒藥物可以被立即應(yīng)用到臨床，而不必耗費時間去發(fā)展特定的治療方法；另一方面，廣譜抗病毒藥物對感染群體較少的病毒感染具有重要價值，因為這對制藥企業(yè)沒有足夠的利潤吸引力，不會耗巨資去開發(fā)該類藥物。雖然作用于宿主的廣譜抗病毒藥物受到很大期待，但到目前為止被批準的該類型小分子藥物僅有利巴韋林。
圖1? 基于表型的抗病毒化合物篩選與優(yōu)化
基于目前的這種抗病毒現(xiàn)狀，饒燏課題組與婁智勇課題組合作，利用之前在發(fā)展抗瘧疾NDH2抑制劑過程中構(gòu)建的一類2-位二芳基取代的喹諾酮類化合物作為基于表型的篩選對象（J. Med. Chem. 2017, 60 (5), 1994-2005），在第一輪篩選中僅從不到200個化合物中就確認得到了5個苗頭化合物，然后經(jīng)過一系列的構(gòu)效關(guān)系研究和優(yōu)化得到一個活性最強的分子RYL-634（圖1）。這也是喹諾酮類化合物在藥物發(fā)現(xiàn)中作為一種優(yōu)勢結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，RYL-634對包括丙肝病毒（HCV）、DENV、ZIKV、基孔肯雅病毒（CHIKV）、腸道病毒EV71、人免疫缺陷病毒（HIV）、呼吸道合胞病毒（RSV）、中東呼吸綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV）、發(fā)熱伴血小板減少綜合征病毒(SFTSV)、流感病毒等對人致病病毒具有很強或較明顯的抑制效果，對宿主細胞的毒性也在可接受范圍內(nèi)（表1）。RYL-634還與目前批準的抗病毒藥物聯(lián)用具有協(xié)同效應(yīng)。經(jīng)過耐藥壓力篩選，未發(fā)現(xiàn)對RYL-634耐藥的病毒株產(chǎn)生。以上結(jié)果顯示了基于RYL-634發(fā)展新型抗病毒治療方法具有很大的潛力。
表1? RYL-634的廣譜抗病毒活性
接下來，研究人員對RYL-634的作用機制進行了探尋。由于人類和病毒中不含有該類分子先前的作用靶點瘧原蟲的NDH2或其同源蛋白，該類化合物也從未被報道過有抗病毒活性，研究人員采用Activity-Based Protein Profiling (ABPP)的方法在之前總結(jié)的構(gòu)效關(guān)系基礎(chǔ)上設(shè)計合成了光交聯(lián)探針進行靶點“垂釣”（圖2），并通過生物信息學的分析發(fā)現(xiàn)RYL-634作用于多種生物學通路，具有多種可能潛在的靶點，可能性最大的是作用于宿主的胞內(nèi)分子代謝相關(guān)通路，并利用反相對接的方法進一步縮小了潛在靶點的范圍。
圖2? 利用ABPP和反相對接搜尋靶點
最終，研究人員通過一系列生化實驗、Drug Affinity Responsive Target Stability （DARTS）等方法確定了人的DHODH是RYL-634的一個抗病毒靶點（圖3）。DHODH還是抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗瘧疾等方向的靶點，RYL-634作為一類新的DHODH抑制劑，有希望被應(yīng)用的以上領(lǐng)域。特別是對于抗瘧疾，由于該類化合物最初被用作瘧原蟲的NDH2抑制劑，而人源DHODH與瘧原蟲的DHODH又具有一定同源性，在未來有極大可能性基于該類化合物發(fā)展出針對瘧原蟲NDH2和DHODH的雙重抑制劑，以克服目前瘧疾的耐藥問題。除了DHODH，研究人員并不排除RYL-634可能通過其它途徑發(fā)揮抗病毒作用，對于其作用機制的進一步研究和類藥性質(zhì)的優(yōu)化還在進行中。
圖3? RYL-634與DHODH的相互作用
饒燏課題組和婁智勇課題組博士后楊毅慶、曹林、高紅英為本工作的共同第一作者，饒燏和婁智勇為通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、清華-北大生命聯(lián)合中心以及中國博士后基金的大力支持。
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原文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.jmedchem.9b00091
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