喹啉类SARS-CoV-2木瓜样蛋白酶抑制剂的理性设计：一种具有口服抗病毒潜力的候选药物

本研究针对SARS-CoV-2变异株对现有抗病毒药物的耐药性挑战，通过结构导向设计开发了靶向病毒木瓜样蛋白酶（PLpro）的新型喹啉类抑制剂。研究人员利用Val70Ub结合位点的发现，优化出先导化合物Jun13296，其在小鼠模型中展现出优异的药代动力学特性，显著降低肺部病毒载量并改善生存率。该研究为应对COVID-19治疗耐药性问题提供了新策略，论文发表于《Nature Communications》。

　　

随着SARS-CoV-2持续变异，现有抗病毒药物面临严峻的耐药性挑战。尽管针对病毒主蛋白酶（M^pro）的抑制剂如奈玛特韦（nirmatrelvir）已获批使用，但L50F/E166V等耐药突变株的出现凸显了开发多靶点药物的紧迫性。与此同时，病毒木瓜样蛋白酶（PL^pro）因其在病毒复制和免疫逃逸中的双重作用，成为备受关注的新靶点。然而，PL^pro底物结合位点浅、结构可塑性高的特点，使得抑制剂开发长期停滞不前。

针对这一难题，罗格斯大学的研究团队基于前期发现的PL^pro新型结合位点Val70^Ub，开展了系统性药物设计。通过将噻吩基替换为喹啉环，并在苯甲酸间位引入带正电荷的氨基，研究人员构建了能同时靶向BL2环区和Val70^Ub位点的化合物库。其中先导化合物Jun13296对PL^pro的抑制常数（K_i）达8.8 nM，对奈玛特韦耐药株rNsp5-L50F/E166A/L167F的半最大有效浓度（EC₅₀）为0.22 μM，显著优于对照化合物Jun12682。相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用X射线晶体学解析了6个化合物与PL^pro的复合物结构（分辨率2.30-2.95 ?），通过差示扫描荧光法（DSF）验证结合稳定性，并建立基于FRET的酶活检测体系评估对Ub-AMC和ISG15-AMC底物的抑制活性。抗病毒实验使用Vero-ACE2-TMPRSS2细胞系和小鼠适应株SARS2-N501Y_MA30，通过噬斑试验和qPCR检测病毒载量。

设计喹啉类SARS-CoV-2 PL^pro抑制剂

通过叠加PL^pro-Jun11313（PDB: 8UVM）与GRL0617（PDB: 7JRN）的晶体结构，发现将苯环扩展为萘环可增加与BL2环区的疏水相互作用。进一步用喹啉替代萘环，并在间位引入氨基连接子，形成能同时结合Glu167和Val70^Ub位点的分子骨架。

代表性喹啉类抑制剂活性

Jun13296（3,8-二氮杂双环[3.2.1]辛烷衍生物）展现出最优活性：酶抑制IC₅₀=0.13 μM，抗病毒EC₅₀=0.1 μM，且对USP家族蛋白酶具有>3000倍选择性。其在小鼠肝微粒体中的半衰期达111.2分钟，口服生物利用度32.8%。

作用机制研究

晶体结构显示Jun13296的2-吡唑基占据Val70^Ub位点，而对照化合物Jun12665因与Tyr268主链酰胺形成氢键呈现翻转构象。

体内抗病毒效果

125 mg/kg剂量组中，Jun13296治疗使感染小鼠生存率提升至90%（对照组0%），肺部病毒滴度降低1个数量级（p<0.0001），并显著减轻肺组织病理损伤。免疫组化显示病毒核衣壳蛋白表达减少，促炎因子IL-6和IFN-γ mRNA水平下降。

该研究首次证实靶向PL^pro Val70^Ub位点的非共价抑制剂可有效对抗耐药突变株，其独特作用机制为COVID-19治疗提供了新选择。Jun13296优异的药代特性（C_max=6957 ng/mL，T_1/2=3.4 h）和口服有效性，使其具备临床转化潜力。值得注意的是，该化合物还能通过抑制PL^pro的去ISG化活性（K_i=5.4 nM）调节宿主免疫反应，这为理解PL^pro双重功能提供了新视角。