赵旵军教授:抗呼吸道病毒药物的挑战和机遇

学术   2025-01-16 18:00   北京  
本文作者:赵旵军

复旦大学/上海市重大传染病和生物安全研究院

编者按




全球范围内呼吸道病毒每年都会造成大量的重症和死亡病例。现有的抗呼吸道病毒药物往往具有局限性,新型抗呼吸病毒药物的研发任重而道远。在近期举行的2024上海市医学会医学病毒专科分会年会暨病毒学进展研讨会暨第九届京沪病毒学论坛上,复旦大学/上海市重大传染病和生物安全研究院/重大传染病创新药物联合研究中心副主任赵旵军教授分享了抗呼吸道病毒药物的挑战和机遇。



呼吸道病毒概述



目前全球已知的呼吸道病毒超过200种。其中常见的呼吸道病毒包括流感病毒、冠状病毒、呼吸道合胞病毒、腺病毒、鼻病毒以及副流感病毒等。全球范围内呼吸道病毒每年都造成大量的重症和死亡病例。其中,流感每年造成全球超过几十万的死亡和过百万的重症病例;在过去的4年里新冠病毒造成全球超过700万的死亡病例;而呼吸道合胞病毒每年则造成超过几十万的死亡病例,并主要发生在中低收入国家或地区的婴幼儿和老年人群。

目前,临床上对会造成呼吸道病毒大流行的流感病毒和冠状病毒(特别是新冠病毒)有特效的抗病毒药物;对呼吸道合胞病毒也有药物,但疗效不确定。针对其他呼吸道病毒,目前还缺乏被公认有效的抗病毒药物。因此,抗呼吸病毒药物的研发,是任重而道远的重要研究课题。



抗呼吸道病毒药物的挑战



首先,由于新型冠状病毒大流行的出现,加速了抗新冠病毒药物的研发。国内外相继都有相关药物被研发出来。具有代表性的有瑞德西韦、莫诺拉韦、奈玛特韦/利托那韦片,以及国内的阿兹夫定和中药抗病毒制剂等(图1)。这些西药的主要作用机制是进入细胞后通过抑制病毒的蛋白功能或干扰病毒的RNA复制,达到抗病毒的功效。目前,这些药物的疗效说法不一,如最近在新英格兰医学杂志上发表的研究显示奈玛特韦/利托那韦片并不能为中轻度患者提供明显的治疗好处。另外,针对流感病毒,临床上主要的治疗药物包括神经氨酶抑制剂奥司他韦和扎那米韦等(图1)。这两个药物主要通过抑制流感病毒复制的最后一步,即阻止病毒的释放以达到抗病毒的功效。针对流感,还有近年来研发的聚合酶PA蛋白抑制剂等。这些以病毒为靶点的特效药物,由于病毒的快速变异,存在病毒耐药的问题。


 图1.  新冠病毒和流感病毒药物靶点示意图

新冠病毒药物靶向细胞内病毒蛋白或RNA复制环节。流感病毒药物靶向流感病毒复制的最后一步释放的环节。


其次,急性呼吸道病毒感染治疗面临的一个大的挑战是需要早发现早治疗。以流感病毒感染为例,流感病毒起病急,一般3-5天急性期,且疾病发展很快。目前奥司他韦等药物在早期感染的情况下具有良好的抗病毒功效;然而,在现实生活中,多数病人在疾病的中后期才求医。由于奥司他韦等药物主要抑制病毒感染的最后一步病毒释放而发挥功效,因此在中晚期病例的治疗中,这类药物治疗效果和预后不太理想。


再次,除了特效抗病毒药物外,也有针对宿主细胞靶点的广谱抗病毒药物研究。例如比较出名的氯喹和阿比多尔等。这些药物在体外实验中展现了广谱和良好的抗新冠和流感病毒的功效;然而,动物实验和临床试验的结果却显示,这些药物在体内不能发挥明显的抗病毒功效。我们可以发现针对病毒的特异性药物主要是抑制病毒生命复制周期的多个步骤中的一个步骤,这可能是特效抗病毒药物的一个缺陷。靶向宿主细胞的广谱抗病毒药物在体内会面对宿主强大的代偿能力,在不影响宿主细胞代谢的前提下,往往不能有效地在体内发挥优越的抗病毒功能。


研究分析可以发现这些特效和广谱抗病毒药物面临的挑战:1)特异性药物作用于病毒复制周期众多步骤中的某一步,多数需要进入细胞内才能发挥抗病毒功能(图1)。这种特征导致当病毒和药物在细胞外遇见的时候,往往是见而不识,不能高效多靶点发挥抗病毒功效。2)抗RNA病毒的特效药都面临耐药突变株的挑战。3)目前的靶向宿主的广谱抗病毒药物由于在体内的副作用和宿主细胞的代偿能力,在体内的抗病毒效果不佳。




抗病毒药物研发的新机遇



随着药物研发经验的不断积累和科学技术的不断进步,药物研发从过去的在自然万物中选择筛选;到近几十年利用各种化合物库、多肽库、噬菌体展示库等药物筛选技术;再到近几年人工智能技术的快速发展和应用。这些技术上的进步,在理论上大大增加了药物研发的速度,为实验室验证提供了更多的药物选择,也为加速更好的抗病毒药物的发现提供了新的机遇。


针对目前抗呼吸道病毒药物的局限性,赵旵军教授课题组创造性地提出了双靶向的抗病毒思路(图2):研究设计单个多肽同时靶向病毒和宿主的双靶向抗病毒药物从而增加特异和广谱抗病毒效果。相关研究发表在2020年的《自然通讯》和2023年的《细胞发现》。这种双靶向抗病毒抑制剂既可以靶向病毒阻止病毒进入细胞,也能靶向宿主内涵体的酸化,从而抑制pH依赖的病毒(如流感和新冠病毒等),而且还能同时结合病毒和宿主细胞表面,达到抑制病毒释放的功效。这一套多功能抗病毒组合拳,令这一抗病毒肽在体内有优越的抗病毒效果;同时它还能发挥更好的中晚期抗病毒效果,并在动物体内实验验证,能更好地提高感染流感动物的存活率。


 图2.  双靶向多功能抗病毒肽研究示意图

1,多肽靶向病毒,导致病毒聚集并阻止病毒进入细胞;

2,多肽抑制病毒和宿主内涵体的酸化,从而抑制病毒RNA的复制;

3,多肽靶向宿主和病毒,将病毒黏附在细胞表面从而阻止病毒释放。


赵旵军教授课题组另一个创新解决方案是:研发基于多肽的双功能纳米抗病毒基因治疗策略(图3)。相关研究发表在2018年的《自然通讯》和2023年的《信号转导和靶向治疗》。这一双功能纳米基因抗病毒抑制剂不仅可以直接靶向病毒发挥及时的抗病毒功效,还可以转运抗病毒基因进入细胞内,从而发挥长效的抑制病毒基因复制的功能。同时,因为该基因抗病毒复制的功能不依赖靶向任何病毒蛋白,所以这一策略还具备高度不宜耐药的特性。因此,就算病毒蛋白突变也不易影响纳米抗病毒基因的抗病毒效果。 


 图3.  双功能长效纳米抗病毒基因示意图

双功能载体肽既能直接抑制病毒入侵发挥及时的抗病毒功能,也能转运抗病毒基因进入细胞内发挥抗病毒功效。病毒缺陷干扰基因在细胞内竞争抑制病毒完整基因复制,发挥长效抗病毒功能的同时也具有不易耐药的特性。


小结



针对目前可用抗呼吸道病毒药物的局限性或挑战,我们需要尝试打破现有药物研发思路,开辟新的抗病毒药物路径,从而发现互补或更好的抗病毒药物。研究靶向病毒和靶向宿主的双靶向抗病毒中分子多肽或RNA药物将会是非常有前景的抗病毒药物研发路线。抗病毒新药的研发充满挑战但也蕴藏机遇,开发新的、低价的、有效的药物能为更好地治疗和挽救呼吸道病毒感染的病人做出积极的贡献。



专家简介



赵旵军 教授

赵旵军博士,2013年香港大学微生物系博士毕业,先后在香港大学从事博士后,研究助理教授,在帝国理工学院做访问学者,在香港病毒和疫苗研究中心任首席研究员。2024年加入复旦大学上海市重大传染病和生物安全研究院 。 
主要从事呼吸道病毒和细菌研究。致力于研究广谱双靶向抗病毒多肽抑制剂、长效纳米缺陷基因抗病毒抑制剂以及疫苗开发。


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来源:《感染在线Infection Online



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