全球首 款！清華大學(xué)藥學(xué)院新冠口服藥PLpro抑制劑獲批臨床

       清華大學(xué)首 創(chuàng)新藥HL-21獲得臨床批件

       清華大學(xué)藥學(xué)院何偉教授等團(tuán)隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院陸路研究員團(tuán)隊研發(fā)的木瓜蛋白酶樣蛋白酶（Papain-Like Protease, 簡稱PLpro）小分子抑制劑HL-21，于2023年8月29日獲得國家藥品監(jiān)督管理局核準(zhǔn)簽發(fā)的《藥物臨床試驗批準(zhǔn)通知書》，成為全球首 款進(jìn)入臨床開發(fā)的PLpro抑制劑藥物。

       冠狀病毒的關(guān)鍵蛋白是藥物開發(fā)的主要靶點

       冠狀病毒通過其主水解酶（Main Protease，簡稱Mpro或者3CLpro），RNA依賴的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，簡稱RdRp）和PLpro等關(guān)鍵蛋白協(xié)同工作實現(xiàn)病毒復(fù)制。Mpro，RdRp和PLpro普遍存在于冠狀病毒家族中（上述三種蛋白普遍存在于網(wǎng)巢病毒目中，冠狀病毒亞目屬于網(wǎng)巢病毒目，但是在網(wǎng)巢病毒目中冠狀病毒亞目和動脈炎病毒亞目更受關(guān)注），其結(jié)構(gòu)和功能高度保守。

       針對這些關(guān)鍵蛋白開發(fā)藥物，有望治療許多冠狀病毒引起的疾病，例如由中東呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）導(dǎo)致的中東呼吸綜合征，由人冠狀病毒HCoV-OC43導(dǎo)致的感冒，由豬腸道冠狀病毒PDCoV等引起的豬腹瀉嘔吐，由貓腹膜炎冠狀病毒導(dǎo)致的貓傳染性腹膜炎等。

       因此，Mpro，RdRp和PLpro是長期以來備受關(guān)注的抗冠狀病毒藥物靶點。2022年10月美國吉利德公司研發(fā)的瑞德西韋（Remdesivir）成為世界首 個冠狀病毒RdRp抑制劑藥物，2021年11月美國輝瑞公司研發(fā)的帕西洛韋（Paxlovid）成為世界首 個冠狀病毒Mpro抑制劑藥物。

       瑞德西韋和帕西洛韋展示了抑制冠狀病毒的關(guān)鍵蛋白是開發(fā)小分子藥物的可行途徑，也使得人類第一次擁有了抗冠狀病毒的靶向藥物。開發(fā)PLpro抑制劑藥物，將為人類應(yīng)對冠狀病毒提供新策略、新工具和新藥物。

       PLpro是獨立于Mpro和RdRp的抗冠狀病毒的藥物靶點，并且具有額外優(yōu)勢

       除了PLpro在冠狀病毒復(fù)制中的重要功能之外， PLpro還是冠狀病毒逃避宿主免疫、引發(fā)宿主額外炎癥的關(guān)鍵蛋白。自2005起，Barreto團(tuán)隊在一系列SARS相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)SARS PLpro切割宿主蛋白泛素標(biāo)簽，進(jìn)而Lindner團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)SARS PLpro切割宿主蛋白ISG15 (Interferon-Induced Gene 15)標(biāo)簽。

       2014年，Mielech團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)MERS PLpro降低了宿主蛋z白泛素化和 ISG 化的水平。

       2020年，Shin團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)新冠PLpro 切割干擾素反應(yīng)因子 3 (IRF3)的 ISG15標(biāo)簽，抑制I 型干擾素反應(yīng)。

       2021年，Munnur團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)新冠PLpro切割產(chǎn)生的游離ISG15與巨噬細(xì)胞極化向促炎表型和抗原呈遞減弱相關(guān)，有可能是導(dǎo)致新冠過度免疫上調(diào)（細(xì)胞因子風(fēng)暴）的重要因素，曹雪濤院士對此發(fā)表了評述論文。

       2023年，黃昊團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了新冠PLpro通過對STING蛋白的去泛素化抑制I 型干擾素反應(yīng)。這些研究清晰地表明PLpro蛋白在冠狀病毒感染中的免疫含義。

       因此，靶向PLpro的藥物可能具有抗病毒和抗炎的雙重效應(yīng)，這是Mpro抑制劑藥物和RdRP抑制劑藥物所不具備的重要特征。

       PLpro抑制劑藥物開發(fā)兼具巨大挑戰(zhàn)和機(jī)遇

       自SARS以來，PLpro作為冠狀病毒藥物靶點逐漸展露的可行性與潛在優(yōu)勢推動了小分子抑制劑的研究。PLpro蛋白與Mpro蛋白在結(jié)構(gòu)特性上的差異導(dǎo)致了PLpro小分子抑制劑的發(fā)現(xiàn)上存在更大困難。

       從PLpro的蛋白結(jié)構(gòu)分析，它具備兩個潛在的小分子抑制劑結(jié)合口袋：催化結(jié)構(gòu)域與BL2結(jié)構(gòu)域。PLpro的催化結(jié)構(gòu)域在正常情況下是關(guān)閉的，在底物靠近時才打開，而MPro的催化結(jié)構(gòu)域是常開的。因此PLpro的催化結(jié)構(gòu)域與小分子的結(jié)合比較困難，目前報道的小分子抑制劑是為數(shù)不多的幾個共價抑制劑，且酶活抑制活性較低。

       PLpro的BL2結(jié)構(gòu)域高度動態(tài)，與小分子抑制劑結(jié)合時因自由能喪失導(dǎo)致結(jié)合力不高，在國際上一直沒有PLpro小分子抑制劑完成臨床前研究。與MPro和RdRp抑制劑藥物相比，PLpro抑制劑藥物是一個全新賽道，充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

       清華大學(xué)何偉等團(tuán)隊和復(fù)旦大學(xué)陸路團(tuán)隊緊密合作，采用基于片段的藥物發(fā)現(xiàn)和基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計策略，借助開發(fā)新型PLpro活性研究探針工具，通過近三年的艱苦工作發(fā)現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)新穎、高活性、高選擇性的PLpro小分子抑制劑HL-21。共晶結(jié)構(gòu)顯示HL-21及其多個前驅(qū)分子結(jié)合在PLpro BL2結(jié)構(gòu)域，從而阻斷PLpro對于底物的切割。HL-21展示了高親和力，高酶活抑制活性，和對多種新冠病毒株細(xì)胞感染的高抑制活性以及動物感染模型上的藥效，顯示了PLpro抑制劑作為抗冠狀病毒藥物的潛力。清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊和廣東冠域完成了系統(tǒng)的臨床前研究和臨床申報，直至此次廣東冠域以清華排他許可方和唯一申辦方獲得臨床批件。

       HL-21的研發(fā)工作得到了清華大學(xué)春風(fēng)基金、佛山專項及萬科基金的大力支持。中國科技大學(xué)田長麟教授/孫德猛研究員在共晶解析方面做出了重要貢獻(xiàn)。

       姜世勃

       復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授，美國微生物科學(xué)院院士，國家高層次人才/重點聯(lián)系專家，國家杰青（B類）

       PLpro在冠狀病毒中的普遍性和保守性顯示它是一個極其誘人的藥物開發(fā)靶點。非常有趣的是，PLpro靶點的藥物開發(fā)一直沒有關(guān)鍵性進(jìn)展。究其原因，既有PLpro靶點成藥性的問題，也有PLpro抑制劑的分子成藥性的問題。HL-21的出現(xiàn)，很好地回答了這兩個問題。在PLpro靶點成藥性方面，HL-21在活病毒細(xì)胞感染模型和動物藥效模型上展示了只需抑制PLpro就可以在體外（細(xì)胞）和體內(nèi)（小鼠）中極大抑制新冠病毒的復(fù)制，并且提供了對于小鼠肺部損害的保護(hù)。在多種新冠病毒株的感染模型中，HL-21的藥效大幅領(lǐng)先Mpro抑制劑奈瑪特韋。這些研究結(jié)果充分展示了PLpro是一個可行的抗冠狀病毒靶點。在分子成藥性方面，HL-21的臨床前研究充分展示了它的選擇性、安全性和耐受性，是一個具有良好成藥前景的候選分子。

       HL-21的成功開發(fā)將為冠狀病毒家族PLPro抑制劑藥物開發(fā)打開想象之門。在此基礎(chǔ)上，抗人冠狀病毒和抗動物冠狀病毒PLpro抑制劑特 效藥物將會加速成批出現(xiàn)。我們團(tuán)隊近來發(fā)現(xiàn)HL-21等PLpro抑制劑在人感染HCoV-OC43、HCoV-NL63等其他重要病毒上的高活性，正在和清華團(tuán)隊合作推進(jìn)相關(guān)廣譜新藥開發(fā)研究工作。

       楊子峰

       廣州呼吸健康研究院副院長，呼吸疾病全國重點實驗室副主任，長江學(xué)者，國家高層次人才

       新冠病毒并未離我們遠(yuǎn)去。在應(yīng)對新冠大流行之后的區(qū)域和季節(jié)流行人群重復(fù)感染中，小分子特 效藥物仍是最強(qiáng)有力的武器。雖然國內(nèi)外已經(jīng)有多種小分子藥物上市，但新冠治療依然存在重大的未被滿足的臨床需求，例如基礎(chǔ)病人群用藥、住院病人用藥，特殊人群（如免疫抑制人群）用藥，兒科用藥等。此外，新冠病毒的持續(xù)變異和耐藥要求有全新機(jī)制藥物作為新防線，以及多種機(jī)制藥物形成聯(lián)合療法來減緩病毒耐藥變異速度及治療耐藥株感染。因此，針對新機(jī)制新靶點的抗病毒原創(chuàng)藥物具有緊迫性、重要性和巨大的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

       HL-21以靶向冠狀病毒PLpro蛋白為機(jī)制，提供了不同于MPro抑制劑和RdRp抑制劑的治療策略，是目前賽道領(lǐng)先的新品種。HL-21具有抗病毒和抗炎的雙重療效，也是有別于當(dāng)前藥物的獨特品種。我們注意到，美國輝瑞公司和Clear Creek Bio聯(lián)合研發(fā)的PLpro抑制劑現(xiàn)在處于臨床前階段。我特別期待在臨床試驗中闡明HL-21在人體中的抗炎療效和機(jī)制，從而為PLpro抑制劑包括HL-21的臨床開發(fā)和應(yīng)用指明方向。HL-21的臨床開發(fā)將是抗病毒藥物研發(fā)領(lǐng)域的又一項有意義的工作。