广谱抗肠道病毒抑制剂的研发

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肠道病毒68 型(EV-D68)、肠道病毒71 型(EV-A71)和柯萨奇病毒B3型(CVB3)是肠道病毒,属小核糖核酸病毒科的重要的人类病原体。肠道病毒68型主要感染儿童,可导致呼吸系统疾病和神经系统并发症,如急性弛缓性脊髓炎 (AFM)。肠道病毒71 型是儿童手足口病 (HFMD) 的主要病原体,严重时还可导致 AFM 和死亡。柯萨奇病毒B3型 感染可导致心律失常、急性心力衰竭以及 1 型糖尿病。目前还没有 FDA 批准的针对任何这些肠道病毒的抗病毒药物。因此,迫切需要开发小分子抗病毒药物。


在这项研究中,美国亚利桑那大学药学院王俊教授研究组通过高通量药物表型筛选发现了一类含有吡唑并吡啶的小分子对肠道病毒68 型、肠道病毒71 型和柯萨奇病毒B3型具有抗病毒活性。通过构效关系研究针对初始活性化合物的优化,他们开发了几个先导化合物对肠道病毒68 型,肠道病毒71 型和柯萨奇病毒B3型不同菌株有广泛的强抗病毒活性,其细胞内EC50在纳摩尔范围,选择指数大于500。这些化合物在包括肌细胞和神经细胞的不同细胞内都具有相似的抗病毒活性。为了找到这类吡唑并吡啶化合物的靶向蛋白,作者进行了病毒连续传代实验,结果发现对吡唑并吡啶化合物丧失活性的病毒含有2C蛋白点突变。热转移结合测定实验显示,在2C蛋白上引入这些突变位点后,吡唑并吡啶化合物对2C蛋白突变体的结合能力降低或完全丧失。通过反向遗传学手段,他们构建了含有2C蛋白点突变的病毒突变体,进一步确定了吡唑并吡啶化合物对这些突变体的抗病毒活性降低。这些药物机理研究表明这些吡唑并吡啶化合物靶向病毒蛋白 2C。虽然含有2C蛋白点突变的病毒突变体可以导致抗药性,竞争性实验表明(competition growth assay)其在细胞内的复制能力不及野生型病毒。这说明2C的变异对病毒的复制时不利的。2C 蛋白是一类序列高度保守的蛋白,已知的功能包括病毒 RNA结合和复制、膜重塑和病毒包装。此外,X 射线晶体结构研究表明EV-A71 2C形成一个六聚体,具有 ATP 酶活性和解旋酶活性。这些数据表明肠道病毒的非结构蛋白2C是一个非常有前景的药物作用靶点。 

广谱抗肠道病毒抑制剂的研发   第1张

图1. 对非脊髓灰质炎肠道病毒具有光谱抗病毒活性的抑制剂。图片来源:J. Med. Chem.


广谱抗肠道病毒抑制剂的研发   第2张

图2. 含有2C蛋白点突变的病毒突变体 (rD183V/D323G EV-D68) 在细胞内的复制能力不及野生型病毒 (rWT EV-D68)。图片来源: J. Med. Chem.


本研究中发现的吡唑并吡啶化合物是迄今为止报道的针对非脊髓灰质炎肠道病毒的具有广谱抗病毒作用的活性最高的有效化合物,该类吡唑并吡啶抑制剂代表了一类有希望的抗非脊髓灰质炎肠道病毒的药物候选物,可用于急需的非脊髓灰质炎肠道病毒抗病毒药物。后续工作将集中在优化该类化合物的药代参数,并且开展相关的动物模型实验。


这一成果近期发表于美国化学会旗下《药物化学杂志》(Journal of Medicinal Chemistry), 文章的第一作者是亚利桑那大学的博士生胡艳梅王俊教授为论文的通讯作者。

Discovery of Potent and Broad-Spectrum Pyrazolopyridine-Containing Antivirals against Enteroviruses D68, A71, and Coxsackievirus B3 by Targeting the Viral 2C Protein

Yanmei Hu, Naoya Kitamura, Rami Musharrafieh, and Jun Wang*

J. Med. Chem.2021, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00758


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