治疗新冠病毒的主要蛋白酶抑制剂

今天，我们主要综述治疗新冠病毒的主要3CL蛋白酶抑制剂（M^pro，CL代表类凝乳胰蛋白酶）。

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3CL蛋白酶

蛋白酶就像生物剪刀，可以把蛋白质切成更小的片段。

在新冠病毒分子结构内部，其主蛋白酶（M^pro）负责多蛋白pp1a和pp1ab的多点位切割。生成的多蛋白片段是功能性的非结构蛋白，它们逐渐成熟，参与病毒复制机制，从而制造新的病毒。 

这是病毒生命周期中最早的步骤之一。

M^pro可以控制病毒复制，也因此被认为是一个成功的靶点，拟开发以此为靶向的抗病毒药物。

M^pro是一种半胱氨酸蛋白酶，以Cys₁₄₅-His₄₁为特征，位于结构域I和结构域II之间的裂口的催化二元体。大多数的蛋白酶抑制剂都是通过与催化三元体相互作用发挥作用。^[1]

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辉瑞的Paxlovid

早在2002年，为了发现治疗非典（SARS）的药物，辉瑞公司进行了基于荧光共振能量转移（FRET）的底物切割的筛选。PF-00835231（1）就被鉴定为重组非典病毒M^pro的有效抑制剂。

但由于非典迅速消失，辉瑞公司终止了该项目。 

2020年新冠疫情爆发，药物再利用是找到对抗新冠病毒药物的最快方法。辉瑞公司制备了PF00835231（1）的磷酸前药PF-07304814（2）。尽管PF-07304814（2）是一种高效的M^pro抑制剂，但它生物利用度较低，必须静脉给药。后来，当口服M^pro抑制剂的生物利用度提高且发展前景十分明朗时，辉瑞停止了该药的临床试验。

PF-00835231（1）口服生物利用度较差的原因很明显：它有太多（五）个氢键供体，这大大地降低了药物被动渗透性吸收^[2]。辉瑞通过使用融合环丙基取代了PF-00835231（1）分子中间的亮氨酸部分，能够消除一个氢键供体，同时保持仿制药的抗病毒活性。

这是一个“老伎俩”，先灵葆雅的科学家曾在丙型肝炎抗病毒药物波普瑞韦中使用过。但拥有刚性结构也有其代价：这种药物失去了与主蛋白酶的谷氨酰胺的关键作用。 

为了重新获得与谷氨酰胺的相互作用，辉瑞将吲哚部分转化为三氟乙酰胺，与其他同分异构体相比，三氟乙酰胺在渗透肠道屏障的测试中表现突出。此外，在分子尾部，辉瑞选择丁腈，通过消除PF00835231（1）上的另一个氢键供体，进一步增强了药物的口服吸收。

与原型药相比，少了两个氢键供体的Nirmatrelvir（3）在2020年7月被确定为口服临床候选药物。

如下图所示，它是一种可逆抑制剂，与M^pro的半胱氨酸残基在145位（Cys₁₄₅）形成共价键，形成加合物4。^[3]

研究人员还是觉得nirmatrelvir（3）的口服生物利用度仍然很低。

Nirmatrelvir（3）作为CYP34A肝药酶的底物，研究人员发现其与CYP34A抑制剂利托那韦联合使用，可大大提高其口服生物利用度，这种联合用药称为Paxlovid，于2021年2月开始第一阶段临床试验。并于2021年12月，获得FDA批准。从那时起，世界各地的患者都从这种药物中获益。

奇怪的是，Paxlovid有一个有趣的“Paxlovid反弹”效应。例如，拜登总统在新冠病毒检测呈阳性后服用了Paxlovid。几天后，他的检测结果呈阴性。但在连续几天检测呈阴性后，他第二次检测呈阳性。这显然是一个已知的风险，这表明无论是否服用Paxlovid，一些患者都会出现复阳。

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盐野义的Ensitrelvir

辉瑞的Paxlovid是科学的胜利。它的成功建立在几十年的研制成果，包括HIV蛋白酶抑制剂和HCV NS3/4A丝氨酸蛋白酶抑制剂抗病毒药物的相关研制成果。

然而，nirmatrelvir（3）仍然属于类酶药，容易被酰胺酶和肽酶水解，这大大影响了其生物利用度。

而盐野义的M^pro抑制剂ensitrelvir（7）不是类酶药。Ensitrelvir（7）是一种非肽类和非共价药物，只需每天口服一次。而辉瑞的nirmatrelvir（3）必须与利托那韦合用，一天两次。

疫情爆发后，盐野义迅速根据其化合物库来设计药物结构，直至筛查到一种三嗪5。尽管三嗪5对M^pro不是很有效（IC₅₀= 7.8M），但此结构可使药品代谢更稳定，提高口服生物利用度，清除率更低。

结构经过快速优化得到了三嗪6，其中P1′六-氯代-二-甲基-2H-吲唑基取代了原来的二氟甲基-苯醚。在保持良好的DMPK的同时，这种修饰使该酶抑制剂的活性提高了90倍。最终，盐野义用三唑取代了P1′区域的酰胺，产生了ensitrelvir（Xocova，7）。^[4]

尽管仍存在一些安全问题，近日日本当局还是批准了ensitrelvir （Xocova，7）上市。

可以想象，有多少制药公司正在研究更好的抑制剂。但随着新冠疫情大势逐渐平息，研究还会继续么？