Small Science:中药vs新冠?——冬凌草甲素靶向新冠病毒3C样蛋白酶实现病毒抑制

严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 (SARS-CoV-2) 的爆发导致了2019年冠状病毒病 (COVID-19) 的全球大流行。更糟糕的是,SARS-CoV-2基因组的快速突变和新毒株的发展提高了COVID-19患者的感染和死亡率。目前,可用于控制COVID-19的治疗选择很少。尽管各种公司和研究小组已经/正在开发不同类型的COVID-19疫苗,药物开发也在进行中,但迄今为止只有nirmatrelvir获得了美国食品和药物管理局(FDA)的紧急使用授权(EUA),可用于轻度至中度COVID-19患者的治疗。SARS-CoV-2是一种有包膜的正链单链RNA病毒,包含30 kb基因组,编码两种半胱氨酸蛋白酶,木瓜蛋白酶样蛋白酶(PLpro)和3C样蛋白酶 (3CLpro),可介导病毒复制和转录。其中3CLpro负责在11个切割位点切割多蛋白,产生 NSP4-9和NSP12-15。释放的NSP形成病毒RNA聚合酶复合物,参与宿主中新形成的病毒的复制和转录。由于3CLpro在SARS-CoV-2生命周期中的重要功能以及在人体中不存在同源蛋白,其被认为是高通量筛选化合物或片段以设计有效的SARS-CoV-2抑制剂的理想药物靶点。目前,已经报道了一系列SARS-CoV-2的3CLpro抑制剂,但大多数是在催化口袋中具有相似结合模式的底物样肽模拟物抑制剂,尚不适合临床应用。

近日,中山大学深圳校区公共卫生学院孙力涛团队在Small Science上发表了研究文章,使用生化、生物物理和晶体学方法报道了冬凌草甲素在分子和细胞水平上对SARS-CoV-2具有良好的抑制活性。

在本工作中,作者以SARS-CoV-2的3C样蛋白酶为靶点,基于现有中草药小分子库,筛选了潜在的3CLPro抑制剂。作者以重组SARS-CoV-2 3CLpro为诱饵,对小分子库中的237种受试化合物进行了基于荧光的热位移测定(TSA)。在测定过程中,随着温度的升高,蛋白质历经热解折叠并暴露其疏水核心,此时荧光染料于疏水区域结合。通过监测荧光,可以定义蛋白质去折叠转变中点Tm,并利用Tm来评估潜在抑制剂的结合亲和力。最终,得到了8个阳性化合物(对3CLpro的Tm值改变>3.0 °C)。

之后,作者应用荧光共振能量转移(FRET)蛋白酶测定,进一步确认了八个阳性化合物是否对SARS-CoV-2的3CLpro 具有抑制作用。结果显示,丹酚酸A(SAA)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)和冬凌草甲素(Oridonin)直接抑制SARS-CoV-2的3CLpro活性,酶动力学检查也得到了抑制的结果。

三者之中,冬凌草甲素表现出最好的抑制活性。冬凌草是一种多年生草本植物,在中国广泛用于抗炎、细菌感染、呼吸道、胃肠道疾病及癌症。冬凌草甲素是一种四环二萜化合物,具有α, β-不饱和烯烃基团,其据报道可与半胱氨酸残基共价结合。

之后,作者基于Vero-E6细胞实验,证明了冬凌草甲素可阻断SARS-CoV-2 的传染性,并通过测定3CLpro-冬凌草甲素复合物的共晶结构,解释了冬凌草甲素与3CLpro的结合位点和机制。作者表示:冬凌草甲素或其衍生物可能是开发抗SARS-CoV-2药物的候选化合物;使用不同类别的药物(例如,3CLpro抑制剂、PLpro 抑制剂和RdRp 抑制剂的组合)的联合治疗可能是治疗SARS-CoV-2感染的有效治疗策略。

文章信息:

Oridonin Inhibits SARS-CoV-2 by Targeting Its 3C-Like Protease

Baisen Zhong, Weiyu Peng, Shan Du, Bingyi Chen, Yajuan Feng, Xinfeng Hu, Qi Lai, Shujie Liu, Zhong-Wei Zhou, Pengfei Fang, Yan Wu, Feng Gao, Huihao Zhou, Litao Sun*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100124

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smsc.202100124