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Nat Commun｜广谱抗冠状病毒PLpro抑制剂GZNL-P36的作用机制及其抗COVID-19临床潜力
近日，广州国家实验室陈新文团队、陈红明团队和商锦赛团队在Nature Communications杂志在线发表题为 Discovery of orally bioavailable SARS-CoV-2 papain-like protease inhibitor as a potential treatment for COVID-19 的文章。该项研究发现了一种新的具有高口服生物利用度的新冠病毒木瓜蛋白酶样蛋白酶（PLpro）抑制剂GZNL-P36，该化合物在小鼠动物模型上显示了比已报道的PLpro抑制剂更好的抗病毒活性，可能成为抗新冠病毒感染的潜在治疗手段。同时，GZNL-P36能抑制不同冠状病毒的PLpro活性，具有广谱抗冠状病毒的潜力。
新冠病毒导致的全球大流行已造成超过6.7亿人感染和超过680万人死亡。RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）、3C样蛋白酶（3CLpro）和木瓜样蛋白酶样蛋白酶（PLpro）是新冠病毒生命周期中的关键成分，也是有前途的治疗靶点。目前，所有FDA批准的针对新冠病毒的抗病毒药物都是RdRp或3CLpro抑制剂。然而，在新冠病毒的RdRp和3CLpro中已观察到能够引发耐药性的突变，这凸显了开发具有全新作用机制的抗病毒药物的迫切性。
PLpro是SARS-CoV和新冠病毒非结构蛋白3（nsp3）的主要功能域，具有病毒复制调控和免疫调节的双重功能。其通过切割病毒多聚蛋白中的肽键，释放成熟功能蛋白，在病毒转录和复制中发挥关键作用。同时，PLpro具备去泛素化和去ISGylation活性，与病毒的免疫逃避密切相关，能够拮抗宿主先天免疫反应，抑制抗病毒炎症信号通路的激活。这种同时抗病毒复制与抗炎症免疫的双重功能，使PLpro成为一个极具潜力的新冠病毒药物靶点。目前，全球范围内没有已上市的PLpro抑制剂药物。GRL0617是已知新冠病毒 PLpro抑制剂，能诱导其BL2环上的Y268发生构象变化来阻止底物结合，但是活性仅为微摩尔量级。以GRL0617为起点，研究人员结合结构解析、AI驱动的分子生成技术与AIDD，设计并合成了一系列新型化合物，经过多轮构效关系分析和结构优化，最终筛选出先导分子GZNL-P36。GZNL-P36不仅表现出极高的酶抑制活性，还具有优异的药代动力学属性、良好的代谢稳定性以及较高的安全性，展现出良好的药物开发潜力。
GZNL-P36的结构设计、优化及成药性评估
GZNL-P36对四个冠状病毒亚属（alpha，beta，delta和gamma）的PLpro均表现出较高的抑制活性。在病毒感染细胞模型中，GZNL-P36对新冠病毒及其变异株和多种人类冠状病毒展示了显著的抗病毒活性。其中，对新冠病毒及其变异毒株Omicron BA.5和XXB.1的EC50分别为111nM、306.2nM和58.2nM，对人冠状病毒HCoV-NL63和HCoV-229E的EC50分别为81.6nM和2.66μM。
GZNL-P36的广谱抗冠状病毒活性
GZNL-P36在新冠病毒感染小鼠模型上也显示了良好的抗病毒效果。在给药2天后，感染小鼠肺部的病毒滴度显著降低、病毒的蛋白N-protein含量显著降低、肺组织的损伤、炎症等显著改善，其效果与同剂量已上市的二代3CLpro抑制剂Ensitrelvir相当。这些结果表明，GZNL-P36具有成为靶向PLpro的全新抗COVID-19治疗药物的潜力。
GZNL-P36的体内抗病毒药效评价
在本研究中，研究团队结合结构解析、AI分子生成与计算机辅助药物设计策略，以已报道的新冠病毒 PLpro抑制剂GRL0617为基础，设计了一些列化合物，最终筛选出先导分子GZNL-P36，该分子在体外酶抑制活性、体内药代动力学、稳定性以及体内外抗病毒活性等方面均表现优异。GZNL-P36在新冠病毒感染小鼠模型中，显示出比先前报道的PLpro抑制剂Jun12682[1]和PF-07957472[2]更高的抗病毒效果。其能够以更低的剂量或更短的给药时间显著降低感染小鼠肺部的病毒滴度。综上，GZNL-P36是目前已报道PLpro抑制剂中动物抗病毒药效最优的化合物。同时，GZNL-P36也显示了良好的广谱冠状病毒PLpro抑制活性，具有潜在的临床单药应用或与其它新冠药物联用的前景。
GZNL-P36在病毒感染小鼠模型上的抗病毒药效优于Jun12682和PF-07957472
广州国家实验室副研究员陆永志、杨琪、冉挺为本文的共同第一作者。广州国家实验室研究员陈新文、陈红明、商锦赛为本文共同通讯作者。广州国家实验室郭德银研究员和张炜研究员对本研究给予了大力支持。本研究得到了广州国家实验室公共服务平台、广州海关与上海同步辐射光源的支持。
（来源：生命科学前沿）
参考文献：
1. Tan B., et al. Design of a SARS-CoV-2 papain-like protease inhibitor with antiviral efficacy in a mouse model. Science. (2024) 383, 1434-1440.
2. Garnsey MR, et al. Discovery of SARS-CoV-2 papain-like protease (PLpro) inhibitors with efficacy in a murine infection model. Sci. Adv. (2024) 10, eado4288.
3. Shang J., et al. Discovery of novel quinoline papain-like protease inhibitors for COVID-19 through topology constrained molecular generative model. bioRxiv. 2024.09.07.611841, doi: https://doi.org/10.1101/2024.09.07.61184