JMV | 姜世勃/陆路团队研发高效广谱抗冠状病毒多肽药物的历程

发布时间:2022-09-27浏览次数:10

近日,上海市重大传染病和生物安全研究院双聘PI、复旦大学基础医学院姜世勃/陆路团队在《医学病毒学杂志》(J Med Virol, IF=20.693)( http://doi.org/10.1002/jmv.28143 发文系统性地回顾了高效广谱抗冠状病毒(Pan-CoV)多肽药物的研发历程(蓝巧帅博士生是本文的第一作者,夏帅青年研究员和姜世勃教授是本文的通信作者)。



冠状病毒刺头(S)蛋白是介导病毒入侵细胞的重要蛋白。S蛋白由S1S2亚单位组成,S1亚单位上的受体结合域(RBD)负责病毒与细胞表面受体结合,很多中和抗体就是靶向该区域来抑制RBD与病毒受体结合,从而阻断冠状病毒的感染。然而,该区域并不保守,在不同的冠状病毒间存在很大的变异,这也使得靶向该区域的中和抗体大多缺乏广谱性,只能抑制一种或少数几种的冠状病毒。S2亚单位上的HR1/HR2区能相互作用形成六螺旋结构从而介导病毒与细胞融合,并进入细胞内进行复制。而通过添加外源的能与HR1HR2区相互作用的多肽就能阻断病毒同源六螺旋的形成,从而抑制病毒入侵细胞。此外,由于该区域较为保守,这也使得该区域成为了开发广谱病毒融合/入侵抑制剂的重要靶点。在上个世纪九十年代初,姜世勃发现第一个作用于HIV-1 gp41 HR1HR2衍生多肽(SJ-2176)可高效地抑制HIV-1与宿主细胞的融合并阻止病毒入侵宿主细胞,论文于1993年发表在Nature,其专利转让给美国Trimeris药物公司,该公司与罗氏制药公司联合开发出世界上第一个基于HIV融合/入侵抑制剂的抗艾滋病多肽药物——恩夫韦肽(俗称T20)。姜世勃因此而开辟了多肽类病毒融合/入侵抑制剂的新领域,其团队在该领域内一直保持着国际领跑的地位。例如,姜世勃团队在2004年在国际上报道了第一个作用于HR1SARS-CoV融合/入侵抑制剂——SC-1多肽(Lancet 2004),在2014年报道一个作用于HR1MERS-CoV融合/入侵抑制剂——HR2P-M2多肽(Nat Commun 2014), 在2017年又报道了一个寨卡病毒(ZIKV融合/入侵抑制剂——Z2多肽(Nat Commun 2017


这些多肽类抑制剂对于相对应的冠状病毒而言都有着不错的抑制活性。然而,能感染人的冠状病毒目前发现有七种(包括后来出现的新冠病毒),这一类的多肽抑制剂并不能高效地抑制其他冠状病毒的感染,这样导致我们必须要针对每一种新出现的冠状病毒重新设计和研发抑制剂,而且很难提前为以后可能出现的新冠状病毒设计一种特异的抑制剂。因此,能否能开发出能广谱抑制多种冠状病毒的多肽类融合/入侵抑制剂显得十分重要。



2015年之后,姜世勃/陆路团队开启了广谱抗冠状病毒多肽类融合/入侵抑制剂的研究,经过艰苦的努力,终于成功地发现了一个能广谱地抑制多个能感染人冠状病毒的多肽类抑制剂——EK1多肽(Sci Adv 2019)。EK1多肽能够与多种冠状病毒的HR1区结合,形成异源六聚体,而竞争性地抑制病毒本身的HR1/HR2相互作用形成六聚体,从而抑制了病毒与宿主细胞的融合,阻止了病毒的基因进入细胞内进行复制。新冠肺炎疫情爆发后,姜世勃团队又证明EK1多肽也能与新冠病毒的HR1结合,高效地抑制新冠病毒入侵宿主细胞并发生感染(Cell Res 2020)。



通过棕榈酸或胆固醇修饰,姜世勃/陆路团队进一步地研发出一系列更加高效广谱的脂肽类融合/入侵抑制剂——EK1C4EKL1C、和EK1-C16等。新冠病毒在世界范围内不断地突变并产生新型的变异株,尤其奥密克戎变异株的出现,使得很多中和抗体药物对于这些新冠病毒变异株的中和活性大大地降低。而这些靶向HR1的多肽类融合/入侵抑制剂,如EK1及其系列脂肽(EK1C4EKL1C,和EK1-C16)却不会受到变异株的影响,能同样有效地抑制各类新冠病毒变异株的感染。除了HR1区以外,HR2区也是一个重要的靶点来研发病毒融合/入侵抑制剂。但因为衍生于HR1的多肽含有太多的疏水性氨基酸,不能在水溶液中保持稳定的α螺旋结构。所以,姜/陆的团队设计了靶向新冠病毒HR2区的蛋白类抑制剂5-helix(由2HR2区和3HR1区来源的蛋白片段组成),能与新冠病毒上的HR2区结合形成异源的六螺旋束,从而抑制病毒入侵宿主细胞。和EK1多肽一样,nCoV-5-helix也能有效地抑制奥密克戎和德尔塔在内的各种新冠病毒变异株的感染(Viruses 2022)。如下表所示,与普通的中和抗体药物相比,姜世勃/陆路团队研发的多肽类病毒抑制剂有以下几个明显的优势:(1)多肽类抑制剂可作用于保守的HR1/HR2位点,这使得多肽类抑制剂展示出比靶向RBD/NTD中和抗体更广谱的冠状病毒抑制活性;(2)多肽类抑制剂的氨基酸序列较短,能通过化学合成的方式直接合成,大大降低时间成本与生产成本;(3)多肽类抑制剂的分子量较小,可通过鼻腔给药,直接抑制患者肺部冠状病毒的复制;(4)多肽类抑制剂的稳定性较高,可在室温稳定存放较长时间,存储成本及运输成本较低;(5)没有太多的竞争对手,因为全世界也只有几个团队在做这方面的研究,但不少于一百个团队在开展抗新冠病毒抗体药物的研发;(6)其有效性和安全性和抗体药物一样高。唯一的不足是多肽药物的半衰期比抗体药物要短。但对于抗新发突发传染病的多肽药物说,这不算是一个大问题,因为这些药物只需要在感染早期使用一周左右,如果能够挽救病人生命的话,一天多用几次病人也是能够接受的。


广谱冠状病毒融合抑制多肽与新冠病毒中和抗体药物的比较


广谱冠状病毒融合抑制多肽

新冠病毒中和抗体

靶点

S2亚单位中的HR1/HR2

S1亚单位中的RBD/NTD

保守性

广谱性

生产成本

储存/运输

常温

低温

制备治疗用雾化剂型

制备预防用喷雾剂型

竞争性

很少几个团队

不少于一百个团队

有效性

安全性

半衰期

由姜世勃和陆路主编的新书《病毒入侵抑制剂:拒敌于国门之外》(Virus Entry Inhibitors: Stopping the Enemy at the Gate)已于今年3月在施普林格(Springer)出版社正式出版(https://doi.org/10.1007/978-981-16-8702-0_1)。


姜世勃团队与山西锦波生物医药股份有限公司合作,完成了以EK1多肽为核心成分的抗新冠病毒的雾化剂临床前研究,已经于20219月获得国家药品监督管理局下发的临床试验批准通知书,EK1雾化剂即将进入a期临床试验。