靶向SARS-CoV-2 3CLpro Cys44的酮类共价抑制剂：噻唑并噻唑啉鎓衍生物的发现与机制研究

为应对SARS-CoV-2变异及耐药性挑战，研究人员设计合成60种含酮弹头的噻唑并噻唑啉鎓衍生物，靶向3CLpro非经典位点Cys44。化合物46展现出1.75 μM的强效抑制（IC50）、0.011 min-1 μM-1的失活效率（kinact/Ki），并通过质谱与模拟揭示其通过破坏二聚体界面抑制酶活，为广谱抗冠状病毒药物开发提供新策略。

　　

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的持续流行对全球公共卫生构成严峻挑战，而病毒主蛋白酶3CL^pro（又称M^pro）因其高度保守性和人类同源蛋白的缺失，成为抗冠状病毒药物研发的关键靶点。尽管已有靶向催化位点Cys145的抑制剂（如Nirmatrelvir）获批，但病毒变异导致的耐药性问题凸显了开发新作用机制药物的紧迫性。值得注意的是，3CL^pro中另一个高活性半胱氨酸Cys44因其易去质子化特性和邻近底物结合口袋的位置，为药物设计提供了全新思路。

中国科研团队在《Chemico-Biological Interactions》发表的研究中，创新性地将亲水性唑啉鎓（zolinium）结构与酮弹头结合，设计出60种靶向Cys44的噻唑并噻唑啉鎓衍生物。通过质谱肽段定位、失活动力学分析、共价对接和分子动力学模拟等技术，揭示化合物46通过共价修饰Cys44破坏蛋白酶二聚体稳定性，实现1.75 μM的强效抑制和优异选择性。该研究不仅发现首个靶向3CL^pro非催化位点的共价抑制剂，更开辟了抗冠状病毒药物设计的新路径。

关键技术方法
研究采用多学科交叉策略：1）基于结构的药物设计优化唑啉鎓骨架；2）高效液相色谱（HPLC）评估化合物稳定性；3）质谱肽段定位鉴定共价修饰位点；4）酶动力学分析测定k_inact/K_i参数；5）分子模拟解析二聚体界面破坏机制；6）肝微粒体代谢实验评估成药性。

研究结果
Chemistry
移除甲氧基的唑啉鎓核心显著提升化合物稳定性，水解半衰期从1小时延长至30小时以上（PBS pH 7.4）。

Design and synthesis
系统构效关系研究表明，R₂位苯环邻位氟取代（化合物46）使IC₅₀提升10倍，而酮弹头与Cys44的共价结合经质谱确证。

Discussion and conclusion
化合物46的独特优势体现在：1）选择性抑制3CL^pro而非人类半胱氨酸蛋白酶；2）0.011 min^-1 μM^-1的高效失活；3）分子动力学显示其通过破坏Asp187-Arg298盐桥 destabilize二聚体；4）肝微粒体半衰期>60分钟且细胞毒性低（CC₅₀ >100 μM）。

这项研究的意义在于：首次证明靶向Cys44可有效抑制3CL^pro，突破传统Cys145抑制策略；提出的"二聚体界面破坏"新机制为应对病毒变异提供理论依据；化合物46的优异代谢特性（肝微粒体清除率<15 μL/min/mg）为其后续开发奠定基础。该成果不仅为COVID-19治疗提供候选药物，更为广谱抗冠状病毒药物设计开辟了创新方向。