基于Tipranavir结构优化的非肽类SARS-CoV-2主蛋白酶抑制剂设计与活性研究

推荐 为应对SARS-CoV-2变异株对现有治疗策略的挑战，研究人员以非肽类Mpro抑制剂Tipranavir为先导化合物，通过结构优化设计合成新型衍生物。结果显示，化合物6f和7f的IC50值分别为6.48 μM和7.38 μM，显著优于Tipranavir（9.06 μM），且对正常细胞毒性较低。该研究为抗SARS-CoV-2药物开发提供了新候选分子。

　　

论文解读
自2019年末SARS-CoV-2引发全球大流行以来，其高传播率和持续变异特性对公共卫生构成严峻挑战。尽管疫苗研发取得进展，但病毒变异株（如JN.1）的涌现导致疫苗效力下降，凸显开发新型抗病毒药物的紧迫性。主蛋白酶（M^pro）作为冠状病毒复制的关键酶，因其高度保守性和缺乏人类同源物，成为药物研发的理想靶点^[14–16]。Tipranavir（TPV）作为已知的非肽类M^pro抑制剂，展现出一定活性，但其抑制效率（IC₅₀=9.06 μM）仍有提升空间。

为此，来自埃及曼苏拉大学的研究团队以TPV为先导化合物，通过结构修饰策略设计并合成了一系列衍生物，旨在提高其对SARS-CoV-2 M^pro的抑制活性。研究团队采用化学合成与分子对接相结合的方法，系统评估了化合物的体外抗病毒活性及细胞毒性。结果表明，化合物6f（IC₅₀=6.48 μM）和其环化三唑类似物7f（IC₅₀=7.38 μM）的抑制效果显著优于TPV，且对正常人肺成纤维细胞WI-38的毒性较低（IC₅₀范围48.75–399.96 μM）。分子建模进一步证实，这些化合物通过优化疏水相互作用和氢键网络，增强了与M^pro活性位点的结合能力。

研究背景与意义
SARS-CoV-2的持续变异导致现有疫苗和治疗药物的有效性受限，开发新型广谱抗病毒药物成为全球研究热点。M^pro作为病毒复制的关键酶，其抑制剂的研发可阻断病毒生命周期，具有重要的临床价值。TPV因其非肽类结构和抗病毒潜力，被选为结构优化的起点。

研究方法
研究人员采用化学合成法构建了Tipranavir衍生物库，重点改造其核心结构中的吡啶基团和5,6-二氢吡喃-2-酮环。通过引入酰基硫代半卡巴腙（acylthiosemicarbazide）和酰基半卡巴腙（acylsemicarbazide）等生物电子等排体，增强分子与M^pro活性位点的结合能力。体外实验采用荧光共振能量转移（FRET）法测定化合物对M^pro的抑制活性，并通过CCK-8法评估细胞毒性。分子对接模拟则用于解析活性化合物与靶点的相互作用机制。

研究结果

1. 结构优化与活性提升

   • 化合物6f和7f分别通过将TPV的吡啶基替换为苯基，并调整取代基位置，显著提高了对M^pro的抑制活性（IC₅₀=6.48 μM和7.38 μM）。
   • 酰基硫代半卡巴腙衍生物（6e–g）的活性优于对应的酰基半卡巴腙衍生物（6a–c），表明硫原子在增强结合力中的关键作用。

2. 构效关系分析

   • 4-氯苯基与硫代半卡巴腙或5-巯基三唑基团的组合显著提升活性，提示疏水性和氢键供体/受体的协同作用。
   • 分子对接显示，6f和7f通过优化π-π堆积和氢键网络，与M^pro活性位点的结合稳定性增强。

3. 安全性评估

   • 所有化合物对WI-38细胞的IC₅₀值均显著高于抗病毒活性浓度，表明其对正常细胞毒性较低。

研究结论与意义
本研究成功开发了两种高效非肽类SARS-CoV-2 M^pro抑制剂（6f和7f），其活性优于TPV且安全性良好。这些化合物为抗SARS-CoV-2药物开发提供了新候选分子，并验证了通过结构优化提升抗病毒效率的可行性。未来研究需进一步探索其在动物模型中的疗效及耐药性机制，以推动临床转化。该研究强调了针对M^pro开发广谱抑制剂的战略意义，尤其在应对病毒变异方面具有重要价值。

注：本文发表于《Bioorganic Chemistry》，研究机构为埃及曼苏拉大学药学院有机化学系，分子对接模拟由该校计算化学与分子建模实验室完成。