Discovery of orally bioavailable Zika virus NS2B-NS3 protease inhibitors with efficacy in a murine infection model

研究人员通过基于片段的药物设计方法，发现了针对寨卡病毒 NS2B-NS3 蛋白酶的高效、口服生物利用度高的非共价抑制剂，并在小鼠感染模型中显示出显著降低病毒载量的疗效。

要点

想象一下，寨卡病毒就像一个微小的、具有入侵性的窃贼，试图闯入你身体的“房子”。要得逞，这个窃贼需要一套特定的工具来解锁房门并开始制造麻烦。其最关键的工具之一是一对被称为 NS2B-NS3 蛋白酶的分子“剪刀”。这些剪刀对于病毒将其自身切割成功能片段并进行复制至关重要。

目前，尚无获批的疫苗或药物能阻止这一特定窃贼，致使数百万人面临风险，尤其是孕妇，因为该病毒可能导致严重的出生缺陷。

在本研究中，科学家们扮演了大师级锁匠和侦探的角色。他们首先利用强大的显微镜（晶体碎片筛选）观察病毒的“剪刀”，以确切了解其刀刃的形状。基于这一视觉蓝图，他们设计了一把“钥匙”（药效团），能够完美契合剪刀的手柄，将其卡死，使其无法切割任何物质。

他们没有制造一把身体可能难以处理的笨重复杂的钥匙，而是采用了一种巧妙的逐步方法，来优化一把简单、轻量的钥匙。他们在高速装配线（高通量文库化学）中测试了数千种变体，直至找到完美的匹配。

结果是一种具有三种特殊“超能力”的新型药物：

1. 它是“非粘性”卡阻剂：与某些将自身粘附在病毒上的药物不同，它只是停留在剪刀手柄中，阻止其工作（非共价结合）。
2. 它不是“模仿者”：它不像病毒通常使用的天然蛋白质，这使得病毒更难适应（非肽模拟物）。
3. 它坚固且便携：它能经受住穿越胃部的旅程进入血液（口服生物利用度），且不会过快分解（代谢稳定）。

为了验证这把钥匙在真实场景中是否有效，科学家们在感染病毒的 mice 身上测试了该药物。他们仅给小鼠用药三天。结果就像发现一座成功防御的堡垒：小鼠血液和脾脏中的病毒“窃贼”数量显著下降。

简而言之，研究人员发现了一种新型口服药丸，它能成功卡住寨卡病毒的关键切割工具，阻止其在活体动物中复制，为一种目前尚无治愈方法疾病提供了充满希望的新方向。

技术摘要

问题
黄病毒因其致病性及引发大流行的潜力，构成重大的全球健康威胁，通常由受感染的节肢动物传播。寨卡病毒呈现出独特的双重传播风险，既可通过节肢动物传播，也可通过性接触传播，若孕妇感染可导致先天性畸形等严重后果。尽管2015–2016年疫情感染了超过150万人，但目前尚无处于临床阶段的疫苗或抗病毒药物可用于治疗或预防寨卡病毒感染。

方法
本研究采用基于结构的药物发现策略，靶向寨卡病毒NS2B-NS3蛋白酶——该酶对病毒复制至关重要。研究首先通过晶体学片段筛选识别初始结合基序，随后结合药效团方法与高通量文库化学，对这些片段进行拓展，以优化其在活性位点内的相互作用。研究重点在于筛选出高效、代谢稳定、非共价结合且非肽模拟物的抑制剂，以确保其具备良好的药物特性。

主要贡献与结果
作者报告发现了一类新型高效抑制剂，靶向寨卡病毒NS2B-NS3蛋白酶。这些化合物亦显示出对西尼罗河病毒NS2B-NS3蛋白酶的活性，提示其具有广谱黄病毒抑制潜力。所鉴定的抑制剂在体外表现出强效抗病毒活性，并具备所需的代谢稳定性及非肽模拟物特性。

通过AG129小鼠进行的为期三天的寨卡病毒攻毒实验评估了体内疗效。先导化合物展现出显著疗效，使小鼠血浆和脾脏中的病毒RNA载量大幅降低。

意义
本研究通过提供一个经验证的抗病毒开发化学起点，解决了寨卡病毒治疗手段匮乏的关键问题。该研究证明，基于结构引导的片段命中优化可产生高效、口服生物利用度高的蛋白酶抑制剂，并在小鼠感染模型中证实了其疗效。这些发现为开发能够治疗寨卡病毒及潜在相关黄病毒的抗病毒药物奠定了基础。