根據世界衛生組織（World Health Organization，WHO）的最新資料統計，截止至2022年2月8日，全球累計新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染病例總數已接近4億，包括超過574萬的死亡病例。其中，美國的累計确診病例高居第一，共計約7589萬；印度次之，約為4234萬。盡管這兩年多來，各國都在費心于疫苗的研制，但在新冠變種不斷更新疊代的背景下，缺乏有效的抗病毒療法才是此程序中的一個極大威脅與漏洞。
Figure 1. WHO Coronavirus Dashboard (Source: WHO)[1]
2021年2月7日，《自然》（Nature）期刊以“加快評審文章”（Accelerated Article Preview）形式，線上發表了一篇關于抗新冠藥物的最新論文“Pyrimidine inhibitors synergize with nucleoside analogues to block SARS-CoV-2”。
在此項研究中，研究人員利用人呼吸道上皮細胞（respiratory epithelial cells）進行活病毒感染，對約18,000種具有抗病毒活性的不同藥物進行篩選，從中确認了122種針對新冠病毒表現出良好抗病毒活性和選擇性的候選藥物，其中包括了一部分已獲準許用于治療新冠的核苷類似物（nucleoside analogs）抗病毒産品。此外，研究還發現了一種全新的高效“聯合療法”，即将嘧啶生物合成抑制劑與抗病毒核苷類似物結合使用，進而在體外和體内“協同”抑制SARS-CoV-2毒株的感染情況。
Figure 2. Pyrimidine inhibitors synergize with nucleoside analogues to block SARS-CoV-2 (Source: Nature) [2]
SARS-CoV-2是一種單鍊RNA病毒，通過利用病毒編碼的RNA依賴性RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRp）進行RNA的複制過程。而核苷類似物則可幹擾這一步驟——一旦被RdRp“摻合”到不斷增長的病毒RNA鍊中，RNA複制過程就會因核苷類似物的存在而被迫終止或是産生突變，病毒的複制即會是以受到波及和抑制。目前，核苷類似物已成為一大類可被直接用于抗病毒的獲批藥物。由于RdRp在不同病毒中的結構相對保守，研究人員認為，一些已有的核苷類似物或對新冠病毒也存在抑制效力。
人呼吸道上皮細胞是SARS-CoV-2在體内的主要細胞靶點。為了迅速找到潛在的有效藥物，科學家們利用人呼吸道上皮細胞系Calu-3展開了小分子化合物庫的篩選。該化合物庫囊括了約18,000種藥物，其中大部分已在人體中進行過測試：包含已獲批的藥物、正在進行臨床試驗的藥物和已知靶點的具有抗病毒活性的藥物。
研究人員在對Calu-3進行上述藥物的預處理之後，再利用原始的新冠病毒（WA1）對細胞進行感染。48小時後，使用針對dsRNA的抗體對感染的嚴重程度進行定量評估。
在綜合評估對新冠病毒的抑制能力以及毒性後，122個化合物分子從近2萬名“參賽選手”中脫穎而出。它們分屬于不同類型，其中約13%屬于核苷類似物，包括目前已被全球多個監管機構準許的抗新冠病毒藥物——瑞德西韋（remdesivir）與莫諾匹韋（molnupiravir）。
Figure 3. From ~18,000 compounds, 122 show activity. (Source: Nature)
如前所述，在DNA或RNA的複制過程中，核苷類似物可扮演“合成類似物”的角色，通過細胞聚合酶的作用蒙混進DNA或RNA中以抑制細胞分裂；但除此之外，它們還可作用為一種抗代謝物，通過抑制核苷生物合成酶來消耗複制所需的脫氧核苷酸和核苷酸的供應，進而達到抑制核苷合成的目的。這種方式的優勢在于，這類分子在能夠在發揮抗病毒功效的濃度下，不對所作用的細胞産生毒性。
通過先前的大規模篩選，具有抑制核苷合成功能的核苷類似物被發現，為了确定這些核苷類似物抗病毒活性的廣度，研究人員對一組允許感染SARS-CoV-2的細胞株進行了測試。結果發現，不同分子表現出各自的細胞特異性活性和毒性：例如，結核菌素（tubercidin）在Calu-3、Caco-2（人腸上皮細胞系）和Huh7.5（人肝細胞系）中有顯示出抗病毒活性，而在A549-Ace2（人呼吸道細胞系）和Vero細胞系（非洲綠猴腎細胞）中具有毒性；相反，硫鳥嘌呤（thioguanine）和巯嘌呤（6-Mercaptopurine）則在Calu-3和A549-Ace2細胞系中具有活性，但卻未在Caco-2或Vero細胞系中表現出活性。RT-qPCR的最終結果檢測顯示，瑞德西韋和莫諾匹韋顯示出的抗病毒活性最佳。
Figure 4. Simplified schematic of nucleoside metabolism. (Source: Nature)
這個發現具有重要的啟示，因為同樣是核苷類似物，瑞德西韋和莫諾匹韋卻屬于不同的核苷衍生物，前者為腺苷類似物，後者則為胞嘧啶類似物。因而研究人員認為，根據作用的通路不同，或能借助兩兩結合的方式發揮“一加一大于二”的抗病毒協同作用。
如上圖所示，嘧啶的生物合成需要DHODH與UMPS的參與。通過監測處理過後的核苷庫，研究人員們發現，若将DHODH抑制劑（BAY-2402234和Brequinar）/UMPS抑制劑（pyrazofurin）與瑞德西韋/莫諾匹韋聯用，均能發揮驚人的協同效應；相反，如果隻是将瑞德西韋與莫諾匹韋這兩者聯用，雖也能表現出良好的治療效果，但僅僅隻是簡單的療效累加情況。
後續，研究人員還針對不同的新冠變種進行了測試，明确此種“聯合”抗病毒療法在不同的變種中均能表現出良好的療效。而這一結果無疑為新冠感染的臨床治療帶來全新的新藥開發思路。
Reference：
[1]World Health Organization: WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard
https://covid19.who.int/
撰文 | 許楚楚
編輯 | 小耳朵