“同一健康理念”在实践中的应用：基于结构的药物再利用方法，用于治疗猪德尔塔病毒和流行性腹泻病毒

《In Silico Research in Biomedicine》：One health in action: Structure-based drug repurposing for porcine delta and epidemic diarrhea viruses

本研究基于One Health理念，通过计算药物重定向策略，结合虚拟筛选、分子动力学模拟和ADME/毒性分析，发现沙奎那韦可有效抑制猪Delta冠状病毒（PDCoV）和猪流行性腹泻病毒（PEDV）的3CLpro蛋白酶，其稳定结合、已知抑制机制及良好安全性使其成为最佳候选药物。

　　
该研究聚焦于通过计算药物重定位技术筛选出抑制猪德尔塔冠状病毒（PDCoV）和猪流行性腹泻病毒（PEDV）的候选药物。这两种病毒均属于冠状病毒科，可引发仔猪严重腹泻并造成高达80%的死亡率，目前尚无特效抗病毒药物。研究团队基于结构生物学和计算毒理学方法，结合“一小时内生健康”理念，系统评估了FDA批准药物的潜在抗病毒活性。

**核心研究流程与发现：**

1. **靶点选择依据：**
研究锁定3CL蛋白酶作为关键靶点，该酶负责切割病毒多聚蛋白，是冠状病毒复制的核心酶。PDCoV与PEDV的3CL蛋白酶晶体结构（PDB:8E7C和4XFQ）与SARS-CoV-2等人类冠状病毒的酶结构高度保守，这为跨物种药物重定位提供了结构基础。

2. **药物筛选方法：**
- **数据库构建：** 整合ZINC15数据库（2023年9月更新）和DrugBank v5.1.11，筛选出可用的FDA批准药物（共13种候选物）。
- **分子对接验证：** 使用AutoDock Vina和PyRx进行复合物模拟，通过回配已知的抑制剂GC376（RMSD=1.84?）验证计算模型可靠性。最终确定saquinavir、eravacycline和irinotecan为候选药物。
- **分子动力学验证：** 对Top3候选物进行100纳秒的分子动力学模拟，评估复合物稳定性。saquinavir在PEDV和PDCoV中均显示稳定结合（RMSD波动范围2.6-3.0?），其构象变化小于其他候选物。

3. **关键候选物分析：**
- **saquinavir（辛伐替尼）：**
- **结构适配性：** 在PEDV中形成6个氢键（His41、Asp285等）和3个疏水接触（Tyr280、Thr281等），与实验确定的GC376结合模式类似但无需共价键。
- **动态稳定性：** MD模拟显示其结合口袋刚性较强，仅N端柔性环（ residues 240-260）存在超过2.5?的构象波动。
- **ADME特性：** 虽存在分子量（670.8g/mol）和极性表面面积（168.75?2）的药物likeness规则违反，但符合抗病毒药物常见特征。其口服生物利用度较低（预测值0.17），但可通过纳米制剂或缓释制剂改善。
- **eravacycline与irinotecan对比：**
- 虽在理论对接得分（-10.7至-13.7 kcal/mol）上更优，但缺乏已知蛋白酶抑制机制支持。MD结果显示其结合稳定性（RMSD波动达3.5-4.2?）显著低于saquinavir。

4. **安全性评估：**
- **核受体干扰风险：** SwissADME预测显示saquinavir对雄激素受体（AR）、甲状腺受体α（TRα）等存在低风险结合（评分<10），但对雌激素受体β（ERβ）有中等亲和力（评分9.0）。
- **代谢抑制评估：** 作为CYP3A4抑制剂（临床已证实），需注意与兽用药物联用时可能产生的代谢干扰，但当前毒理学模型未显示PAINS（潜在活性不纯物）或Brenk alerts（合成毒性预警）。

**创新性解决方案：**
针对saquinavir的口服生物利用度不足问题，提出三阶段优化策略：
1. **纳米制剂开发：** 采用脂质体或聚合物纳米颗粒包裹，通过静电相互作用提高肠道吸收效率（参考猪用大分子抗病毒制剂的递送技术）。
2. **缓释制剂设计：** 开发肌内注射微球制剂，利用猪血浆蛋白浓度（0.15M NaCl环境）中的蛋白结合特性延长半衰期。
3. **前药改造：** 在疏水区域引入亲脂性烷基链，降低极性（当前TPSA 168.75?2），同时保持与His41的氢键（O–H…N）。

**跨物种转化价值：**
- **机制普适性：** 研究发现saquinavir对SARS-CoV-2 3CLpro的抑制常数（IC50）预测为0.8nM，提示其可能同时抑制多种冠状病毒。
- **兽药转化路径：** 借鉴人用药物saquinavir的给药经验（如口服生物利用度仅20-30%），可针对性设计猪用剂型（如咀嚼片或灌注剂）。

**研究局限性及改进方向：**
- **模型泛化性：** 目前仅验证了两种猪冠状病毒的3CLpro结构，需扩展至其他冠状病毒（如TgeV、PWEV）进行靶点泛化性测试。
- **毒性验证不足：** 尽管ADME模型显示安全性，但缺乏猪源细胞系（如IPLP-2）的体外毒理实验数据。
- **制剂优化需求：** 需通过体外溶出度试验（如桨法或流通池技术）验证纳米制剂的肠溶特性。

**应用前景与产业化路径：**
1. **快速验证通道：** 建议采用类器官模型（如猪肠道类器官）进行初步药效学评估，缩短从计算到实验的周期。
2. **成本控制策略：** 利用现有saquinavir合成路线（如Mannich反应）进行结构修饰，开发高成本效益的衍生物（如将苯环替换为吲哚环以增强疏水性）。
3. **政策衔接建议：** 推动兽用新药审批标准向“结构相似性优先”倾斜，利用已知的saquinavir安全性数据加速审批流程。

本研究为动物源性冠状病毒的药物研发提供了标准化计算流程：包括结构准备（去除结晶水分子）、网格优化（25×25×25?范围）、能量收敛标准（<5 kcal/mol RMSD）和ADME参数阈值（如LogP>3需纳米封装）。该框架可扩展至禽类流感病毒（如H5N1）等其他One Health相关病原体。

未来工作应重点验证saquinavir在猪源细胞（如PK-15或IEA-1细胞系）中的体外抑制活性，并建立基于猪代谢组学的ADME优化模型，这有助于开发更适合猪生理特性的新型前药制剂。