1月25日,北京大學基礎醫學院的王月丹和初明團隊宣布,在了解新型冠狀病毒2019-nCoV的功能性受體後,採用自主研發的人工智慧藥靶篩選系統,重點針對2674種已上市藥物以及1500種中藥提取物進行了藥物篩選,發現多種潛在藥物有望治療新型冠狀病毒感染肺炎,其中包含了常用藥物沐舒坦等。
王月丹是北京大學醫學部基礎醫學院免疫學系副主任,醫學部生物醫學實驗教學中心副主任兼病原與免疫綜合實驗室主任,參與的《SARS分子病理學及免疫學發病機制研究》項目獲得了2007年教育部高等學校自然科學獎(一等獎)。
1月29日,北京大學基礎醫學院免疫學系副教授初明在接受21新健康記者採訪時稱,他們團隊進行藥物篩選的基礎來自1月21日的一篇重磅論文。中科院上海巴斯德研究所研究員郝沛與軍事醫學研究院國家應急防控藥物工程技術研究中心研究員鍾武、中科院分子植物科學卓越創新中心研究員李軒合作,在《中國科學:生命科學》在線發文,揭示了武漢新型冠狀病毒的進化來源和傳染人的分子作用通路。
王月丹和初明課題組是如何發現沐舒坦可治療新型冠狀病毒的?具體依據是什麼?為何只公布一個沐舒坦?同日,中國科學院上海藥物研究所也宣布篩選出了一批具有潛力的藥物,王月丹團隊研究與其有何差異?
針對這些大眾最關心的問題,初明副教授向21新健康記者進行了解答。
01
篩選出沐舒坦等20餘種藥物
21新健康:最近有了「『沐舒坦』可用於新型冠狀病毒治療」的結論,對於這一發現,團隊是什麼時候開始做基礎研究,對藥物進行篩查的?
初明:包括王月丹在內,北京大學基礎醫學院老師對疫情都很關注,王月丹之前也在做有關SARS的研究,所以有一些研究基礎。1月10日,我們看到中科院報出了新型冠狀病毒的序列,這應該是第一例病毒的序列被公布。1月21日,中科院明確了新型冠狀病毒的受體是ACE2。通過新聞報導看到之後,我們團隊想嘗試針對受體ACE2篩選一下藥物,篩選所用的技術也是我們自主研發的。
從1月21日開始,我們團隊就開始做計算機的篩選工作。另外,中科院、瀋陽醫科藥大學,也都在做藥物篩選的工作。
1月21日,我們知道了新型冠狀病毒的受體ACE2。1月23日,團隊已經篩選出約13種藥物,後又篩選出了9種,都是計算機水平提示的潛在有治療效果的藥物。在這些藥物中,團隊在計算機水平下又做了進一步的基礎驗證,明確每種藥物和靶點之間的相互作用。
21新健康:從目前公布信息來看,公眾能看到的只有沐舒坦一種具體藥物名稱,為什麼沒有公布所有藥物?
初明:在我們篩出的藥物中,有一些潛在藥物,通過計算機水平驗證發現效果更好,但考慮到它們可能不是呼吸科常用藥,可能會有一些副作用,因此我們沒有公開這些藥物,擔心一旦公開,會對疫區前線造成一定的誤導。團隊只選擇了「沐舒坦」,它也叫「氨溴索」。
「沐舒坦」是呼吸科常用藥,多用於急慢性的呼吸管炎,也用於術後呼吸困難。感染新型冠狀病毒的病人會出現乾咳、呼吸困難的症狀,現在我們也不知道前線治療中是否用到這種藥物,如果在使用的話,我們也希望(前線醫生)在使用中對這個藥物進行觀察。
團隊做的研究相當於發現了「沐舒坦」一個潛在的新用途,它除了可以改善乾咳、呼吸困難等症狀外,能否控制病毒的感染?我們也希望給前線起到提示性作用。
我們不希望對他們造成困擾,所以沒有公布很多藥物,不想讓前線醫生很忙碌、在各種方案進行抉擇的過程中,再去給他們增加新選項。所以我們希望在現有治療方案中,如果前線有使用「沐舒坦」,可以對它做一下臨床觀察,會比做動物實驗更直接,而且能更快速獲取證據。在臨床中獲得的證據才是最直接的,也可以最快明確藥物藥效。
我們也希望傳遞一個信息,氨溴索(沐舒坦)不是預防病毒的藥物,在服用氨溴索(沐舒坦)時還是要遵照醫囑,在沒有感染或沒有出現呼吸系統症狀時,不建議服用藥物。
02
希望助力臨床用藥選擇
21新健康:得出此次研究結果後,下一步計劃如何?
初明:下一步,我們準備去做分子水平和細胞水平的驗證。這需要一定的周期,由於材料和實驗的準備等條件限制,我們會在2月初開始相關實驗驗證。
這是團隊前期做藥物篩查的一個大概過程。
21新健康:2月初開始做進一步驗證的話,那對於「沐舒坦」是否對新型冠狀病毒感染肺炎有療效,在2月份可以最終確定嗎?
初明:在2月份,團隊會開始在分子水平上對藥物進行驗證,但最終確定對抗擊病毒是否有效需要一個很長的周期,要再進行細胞水平、甚至是動物水平的驗證。
如果到了做動物水平驗證的環節,就需要p4實驗室,還需要去獲得病毒,做感染動物的模型,觀察藥物是否對病毒感染有效果。動物模型的成果建立是需要一定周期的,所以如果要最終明確藥物效果,需要一段很長的時間。
所以我們可以採取另外一種方式,就是直接進行臨床觀察。現在處於疫情爆發期,如果等我們所有基礎研究都做完,再去幫助臨床解決問題,它就沒有應急性了。團隊也是進行全面考慮,希望對疫情解決有一定的貢獻。
21新健康:現在團隊做的工作也相當於是幫助前線做藥物篩選嗎?因為現有藥物很多,具體哪個要對新型冠狀病毒有作用,還不是十分明確。
初明:是的。現在中科院報出了30多種藥,瀋陽醫科藥大學也報了挺多的。但是,在這些藥物中,有一些是抗愛滋病藥物,有一些是激素類藥物,醫生面臨的選擇很多,怎麼用藥、怎麼配比、在什麼樣的情況下去使用,醫生也會困惑。
21新健康:日前中科院上海藥物所也公布了一批可能有效的藥物,與你們篩選出的藥物有何差異?
初明:我們篩選的藥物範圍更小一些。
我們的方法是針對病毒受體,也就是病毒進入細胞的大門,用藥相當於關閉病毒進入大門。而中科院藥物所公布的藥物是針對病毒本身,即病毒分泌的水解酶(Mpro)篩選藥物,靶點不同,藥物選擇也不盡相同。
03
人工智慧助力篩選
21新健康:可以介紹一下您的團隊自主研發的人工智慧技術嗎?
初明:2018年,我們提出「藥靶空間」模型,應用於藥物和靶點的高通量篩選。其原理是基於經典的「鎖鑰模型」。「鎖」指的是靶點(受體),「鑰匙」即藥物,藥物篩選就是為鎖配鑰匙的過程。提出這樣一個模型後,我們一直在開發,並且在做「方法式」的驗證。
經過前期一年多的探索,目前已經明確這種方法的效率比較高,這也是我們在1月21號得到新型冠狀病毒的受體,在1月23號就能獲得初步篩選結果的原因。我們自主研發的人工智慧技術主要體現在分析靶點,病毒進入人體後是通過結合受體來感染細胞,我們的方法是針對病毒受體,關閉病毒進入細胞的大門。這個其實算一個創新的方法。
21新健康:武漢疫情發生後,很多人都在說通過建模來做研究,前段時間國外也在說,香港那邊又有對新型冠狀病毒的預測,您怎麼看待模型在疾病、尤其是傳染病當中的應用?
初明:計算機發展很快,現在人工智慧的出現,極大改善了我們傳統的研究方法,也有助於基礎研究的發展。之前我們的傳統研究是經驗科學,通過數據和文獻去進行猜測。現階段,大數據分析和計算機應用更精準了我們的研究方向,讓我們可以更高效地解決問題。
在藥物篩選中,用不同方法可能會得到不同結果。就像釣魚一樣,魚餌很重要,魚餌越好,你可能釣上來的魚就會越多越好。藥物篩選的原理也差不多是這樣,每個團隊做魚餌的手法、方式可能不太一樣,也就是用到的算法不同,我們用我們的算法分析出來這樣一個結論,別人用他們的一套算法分析出來的可能是另一個結論,不一定相同。
04
基礎研究迅速發展中
21新健康:在大眾看來,前幾年好像國家對基礎研究不是特別重視,包括在學生選擇專業方向的時候,都是偏應用一點。
初明:對於基礎研究,國家還是很重視的。武漢爆發了疫情,國家自然基金委也是馬上響應,公布了新型冠狀病毒的研究專項。
在應用方向,大家可能也會更感興趣一些,畢竟它很快就能見到效果,但不表示基礎研究就不受重視。像我們北大就是基礎研究比較強,數學、物理、化學,這都是我們的強項;清華則可能是工科為主,偏應用。學生在選擇時也會有所側重,有些學生會偏向於數學、物理這種基礎理論學習,有些也會偏向工科類的。從我們的角度來看,在基礎研究方面,國家還是很重視的,也有很大一部分學生願意去學基礎課程。
21新健康:這一次,國家自然基金會對新型冠狀病毒的研究投入了3000萬元,這其實也是國家對基礎研究重視的表現吧?
初明:對,國家自然基金委一直非常重視基礎研究,像每年的課題選題,國家自然基金委不會偏向應用類的,但是相對來說,科技部會偏向應用類。這也是國家有自己的布局,在基礎和應用兩方面都非常重視。
還有一方面是,基礎研究(的結果)不會很快地讓公眾知道,大家都是在扎紮實實地做基礎,沒有把它拿到檯面上,所以公眾會覺得基礎研究默默無聞。但是,像這次新型冠狀病毒,大家的響應速度很快,中科院很快就獲得病毒的序列和受體,這都是源於對於2003年SARS的研究基礎。如果沒有對SARS的基礎研究,這次也不會那麼快明確新型冠狀病毒的一些特性和特徵。
21新健康:這次對新型冠狀病毒的研究反應挺快,也是因為基礎研究積累助力?
初明:對,從2019年12月份開始出現病毒感染的情況,到現在,其實只有短短兩個月時間,病毒的整個機理、甚至是潛在的候選藥物都已經研發出來,這是很快速的。現在也有很多人在做疫苗,都是在不同角度圍繞病毒展開的研究,利用各自的平臺和技術優勢為疫情做貢獻。這也是基礎研究釋放光芒的一種體現。
要明確藥物在臨床中的應用效果,確實還有很長的周期。從基礎到臨床這樣一步一步來的話,確實會很漫長。所以最近我也看到各個團隊會利用新聞或者消息的傳播,更快速地把信息傳達給前線和需要的人,這個已經是大家的一個共識。