FDA批准药物库虚拟筛选发现靶向nsp16的广谱冠状病毒抑制剂：从计算机模拟到细胞实验验证

研究人员通过虚拟筛选1577种FDA批准药物，结合分子对接和微尺度热泳技术，鉴定出尼洛替尼(nilotinib)和西美瑞韦(simeprevir)可靶向SARS-CoV-2/1和MERS-CoV的nsp16甲基转移酶，细胞实验显示其IC50值达8.34-36.1?μM。该研究为开发抗冠状病毒广谱药物提供了新策略。

　　

冠状病毒的频繁跨物种传播对人类公共卫生构成持续威胁。从2002年SARS-CoV-1到2012年MERS-CoV，再到2019年引发全球大流行的SARS-CoV-2，这类RNA病毒通过基因重组不断产生新变种。尽管疫苗研发取得进展，但病毒刺突蛋白的高突变率导致免疫逃逸，迫切需要针对保守靶点的广谱抗病毒药物。非结构蛋白nsp16因其在病毒mRNA加帽过程中的关键作用，以及低于0.04%的突变频率，成为极具潜力的药物靶点。

来自德国美因茨大学医学中心的研究团队在《Biomedicine》发表研究，通过计算机虚拟筛选结合体外实验验证，发现FDA批准药物尼洛替尼和西美瑞韦可有效抑制多种冠状病毒。研究采用PyRx软件对1577种FDA药物进行虚拟筛选，通过微尺度热泳(MST)验证结合活性，结合分子对接和50ns分子动力学(MD)模拟分析相互作用，最后用临床分离的SARS-CoV-2毒株进行细胞感染实验验证。

3.1 虚拟药物筛选与分子对接
研究首先对SARS-CoV-2 nsp16(PDB:6W4H)进行虚拟筛选，筛选出结合能<-9.1?kcal/mol的100个候选药物。尼洛替尼对三种冠状病毒nsp16的结合能分别为-10.2(SARS-CoV-2)、-8.5(SARS-CoV-1)和-8.0?kcal/mol(MERS-CoV)，西美瑞韦则为-10.6、-6.6和-7.9?kcal/mol。分子对接显示西美瑞韦与SARS-CoV-2 nsp16的S-score达-9.02，优于天然底物SAM(-7.43)。

3.2 微尺度热泳结合验证
MST实验证实尼洛替尼与SARS-CoV-2 nsp16的解离常数(K_d)最低(1.68±0.44?μM)，且能同时结合SARS-CoV-1(5.21?μM)和MERS-CoV(29.86?μM)的nsp16。西美瑞韦对三种nsp16的K_d值在71.18-90.10?μM之间，证实其广谱结合特性。

3.3 结合位点相互作用分析
分子对接显示尼洛替尼通过PHE73、GLY74等残基与nsp16结合，占有率近100%。西美瑞韦则稳定结合MET134和TYR135等关键位点。MD模拟发现尼洛替尼在35ns出现构象重组，但随后趋于稳定，表明其具有动态结合特性。

3.4 细胞水平抗病毒活性
在Vero E6细胞感染模型中，尼洛替尼对SARS-CoV-2的抑制活性最强(IC₅₀=8.34?μM)，其次是西美瑞韦(11.67?μM)。细胞毒性实验显示尼洛替尼在MRC-5肺成纤维细胞中的CC₅₀为15.45?μM，选择性指数(SI)为1.85。

3.7 分子动力学验证
50ns的MD模拟显示，尼洛替尼-蛋白复合物的RMSD波动最大(3.15±0.19??)，表明其结合构象具有适应性。西美瑞韦则保持稳定结合(RMSD=3.07±0.30??)，关键残基MET134的接触时间占比达95%以上。

该研究首次系统证实FDA批准药物尼洛替尼和西美瑞韦可通过靶向nsp16抑制多种冠状病毒。特别值得注意的是，这两种药物已具备临床安全性数据，可大幅缩短研发周期。与靶向病毒刺突蛋白的策略相比，针对保守的nsp16靶点能有效规避病毒变异带来的耐药性问题。研究者特别指出，虽然西美瑞韦的广谱性更优，但尼洛替尼的成本效益比更高(价格相差4倍)，这对全球公共卫生应用至关重要。

这项研究为应对未来可能出现的冠状病毒新变种提供了药物储备策略，其采用的"计算机模拟-体外验证-细胞实验"三级筛选体系也为快速抗病毒药物开发建立了范式。值得注意的是，尼洛替尼此前已被报道可抑制埃博拉病毒和SARS-CoV-1，结合本研究结果，其作为广谱抗病毒药物的潜力值得深入探索。