COVID-19的基因組由大約30000個核苷酸組成,能編碼pp1a和pp1b多蛋白,這兩個多蛋白必須被分解成多個小蛋白,分解兩個多蛋白有11個位點需要切割,都是一個主蛋白酶Mpro負責,顯然這個主蛋白酶Mpro就成為COVID-19完成複製傳染的關鍵分子。特別重要的是,Mpro與人類蛋白的低同源性,這樣決定了如果用藥物幹擾這種蛋白活性,可能不會對人體細胞產生大的影響,就是副作用可能比較小。這就決定了這種分子是特別理想的目標分子。
過去研究研究者通過計算機輔助設計了多種冠狀病毒Mpro蛋白酶的抑制劑N3。通過衍射電鏡觀察結合物的晶體結構,發現COVID-19與N3能牢固、不可逆地結合,提示該位點可能是抗冠狀病毒的廣譜靶點。
隨後在約10000個已批准藥物、臨床實驗藥物、候選化合物和天然產物中進行高通量篩選,最終確定了6個潛在的候選藥物,其中戒酒藥雙硫侖(disulfiram)和抗腫瘤藥卡莫氟(carmofur)為FDA批准藥物,而依布硒啉(ebselen)、紫草醌(shikonin)、tideglusib、PX-12和TDZD-8為臨床和臨床前實驗藥物。其中,依布硒啉的Mpro蛋白酶抑制效果最強。
穀胱甘肽是細胞內最重要的抗氧化劑,穀胱甘肽過氧化酶是催化這種抗氧化劑發揮作用的關鍵分子,是催化氧化還原平衡的重要因素。穀胱甘肽過氧化酶的活性中心含有硒,所以許多學者希望能尋找代替或提高這種蛋白活性的小分子。依布硒啉是一種含有硒的有機分子,一直被作為穀胱甘肽過氧化酶活性的模擬小分子被醫學領域廣泛研究,近40年來,依布硒啉在炎症、聽力丟失以及中風、雙向情感障礙和遺傳性運動神經元疾病中的作用先後被研究。
依布硒是一種小分子抗氧化劑,易於參加各種氧化還原反應,能清除機體內過多的過氧化物,阻斷產生自由基的鏈式反應,因此可治療多種疾病,維持機體的正常生理功能。長期以來,人們普遍認為依布硒在體內主要通過模擬穀胱甘肽過氧化物酶的反應機制發揮作用。然而,近來的研究表明依布硒在體內更趨向於通過硫氧還蛋白還原酶和硫氧還蛋白反應系統來發揮作用。
依布硒啉也在NIH的臨床藥物庫中,人體安全性已被多次證明,囿於種種原因沒能成功上市,因此抗新冠病毒可能成為它的新使命。最後,研究者對COVID-19感染的Vero細胞施用依布硒啉,發現其在濃度為10 nM時便顯示出強大的抗病毒作用。
4月9日,《自然》發表了中科院上海藥物所、清華大學和上海科技大學的三位大牛蔣華良院士、饒子和院士和楊海濤研究員團隊的重要工作。研究者鎖定COVID-19的新靶點Mpro蛋白酶,通過結構輔助藥物設計、計算機虛擬篩選和高通量篩選手段,發現依布硒啉對該蛋白有強烈結合能力,展現出優異抗病毒效果。成為最近COVID-19領域的最熱點研究進展,給這一影響國際的重大傳染病提供了新希望。