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新冠病毒的药物筛选和研发仍然是目前迫切且紧要的任务。药物重利用方法和高通量筛选方法仍然是目前迅速且有效的筛选抗新冠病毒药物分子的方法。本课题组此前利用已知的抗β冠状病毒活性分子和非活性分子作为训练集，训练了COVIDVS模型，并利用该模型对1417个药物分子进行了预测（应用迁移学习方法快速筛选抗新冠病毒药物分子）。受限于实验条件，我们未能对模型预测到的潜在活性分子进行抗病毒活性预测。近期，一篇题为“Masitinib is a broad coronavirus 3CL inhibitor that blocks replication of SARS-CoV-2”的文章发表在Science杂志上，文章作者通过高通量筛选试验，发现masitinib药物分子，作为一种酪氨酸激酶抑制剂，是一种广谱的冠状病毒3CL蛋白酶抑制剂，并且能够阻断SARS-CoV-2病毒的复制过程。我们很高兴地发现，masitinib分子是我们模型的预测结果中排名第一的分子。这一实验结果为我们模型的预测能力提供了一个正面的支持。 ——高通量筛选—— 为了筛选有效的抗病毒药物分子，作者首先检测了1900个临床使用的分子对HCoV-OC43病毒的活性（图1）。之所以选取OC43病毒，一方面是因为OC43病毒与新冠病毒同属于β冠状病毒，并且能够在相对安全的条件下进行研究，另一方面是为了发现广谱的抗冠状病毒药物分子。经过两次重复实验，作者筛选出了108个能显著降低OC43感染的药物分子，并从排名前35的分子中挑选了29个分子测试了其对OC43的EC50值（图2），同时也对29个分子中的26个分子测定了对SARS-CoV-2的EC50值（图3）。结果表明，有20个分子能够抑制SARS-CoV-2感染。有趣的是，对OC43病毒最有效的分子对SARS-CoV-2没有表现出活性。最终，作者得到了20个能同时抑制OC43和SARS-CoV-2感染的分子。
图1. 高通量筛选过程(A)和筛选结果(B)。
图2. 部分活性分子对OC43感染的EC50值。
图3. 部分活性分子对SARS-CoV-2感染的EC50值。 ——3CL蛋白酶活性—— 3CL蛋白酶是抗病毒药物分子的一个引人注目的靶标，作用于3CL蛋白酶的药物分子不容易受到S蛋白突变的影响。作者进一步测试了20个活性分子对3CL蛋白酶的抑制活性。其中，有8个分子展现了令人满意的抑制活性。其中，表现最好的是masitinib分子，能够完全抑制细胞中的3CL蛋白活性。进一步的测试得到其IC50值为2.5 μM（图4）。为了进一步的理解masitinib的作用机制，作者解出了masitinib和3CL蛋白酶的复合物结构，表明masitinib是一个非共价的抑制剂分子，结合在了蛋白的活性位点，阻碍了其中的关键催化残基。Masitinib对3CL蛋白的抑制常数Ki为2.6 μM。
——Masitinib分子活性探究—— 接下来，作者对masitinib分子进行了更多的活性测试。对PLpro的活性测试结果表明masitinib分子对PLpro无活性。Masitinib分子能够抑制多种小核糖核酸病毒的复制但对其他种类RNA病毒无效。这一结果表明，masitinib是一个相对广谱的抗病毒分子，能够抑制多种冠状病毒和小核糖核酸病毒，对于不依赖3CL蛋白酶的其他RNA病毒则无活性。 最后，作者评估了masitinib分子在新冠病毒感染的小鼠模型中的效果。结果表明，masitinib能有效降低小鼠中SARS-CoV-2的病毒载量，减少炎症效应，对生存和临床评分具有潜在的益处。 ——小结—— 作者通过高通量筛选试验证明了OC43病毒是筛选抗SARS-CoV-2活性分子的良好模型系统。利用这一系统，作者筛选到了20个能够抑制SARS-CoV-2复制的药物重利用分子，并从中得到了一个有效的3CL蛋白酶抑制剂分子masitinib。然而，作者表示并没有直接的证据表明masitinib抑制病毒复制是通过抑制3CL蛋白酶活性实现的。接下来，仍需要进一步评估masitinib在新冠病毒肺炎患者中的效果。目前已经启动了一个临床二期试验测试masitinib和isoquercetin组合用药对患者的效果。未来还可以进一步开发masitinib的类似物来降低其酪氨酸激酶活性，减少副作用。 参考文献： 1. Wang, Shiwei, et al. "A transferable deep learning approach to fast screen potential antiviral drugs against SARS-CoV-2." Briefings in bioinformatics (2021). 2. Drayman, Nir, et al. "Masitinib is a broad coronavirus 3CL inhibitor that blocks replication of SARS-CoV-2." Science(2021). |
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