设计和评估新型嘧啶类核苷类似物作为抗病毒药物：确定MCH-1623为一种高效广谱抗病毒候选药物

《Bioorganic Chemistry》：Design and evaluation of novel pyrimidine-based nucleoside analogs as antivirals: Identification of MCH-1623 as a potent broad-Spectrum antiviral candidate

抗病毒药物设计|RNA聚合酶|广谱抗病毒活性|刚性环结构|核酸仿制酶抑制剂

　　

Xu Yan|Hao Sun|Chunhuan Mo|Ling Ma|Chunbin Hu|Zhenyu Zhong|Yi Su|Lehua Yin|Jinyan Zhang|Jia Chen|Yaohui Liu|Xia Han|Yan Liu|Jinghua Xu|Shan Cen|Yuan Chen|Xinhua He

沈阳药科大学，中国沈阳 110016

摘要

扩展核苷的化学多样性是开发抗病毒药物的重要挑战。研究表明，核苷的体积限制了病毒RNA依赖性聚合酶（RdRP）对碱基的识别能力。由于取代嘧啶的体积小于嘌呤，嘧啶环可以容纳更多种类的取代基，从而获得新的抗病毒核苷。因此，基于RNA依赖性聚合酶（RdRP）及其核苷复合物的结构分析，采用空间填充方法设计了30种核苷。通过测试这些核苷对囊性口炎病毒（VSV）和甲型流感病毒A/Puerto Rico/8/1934 H1N1（PR8）的抗病毒活性，筛选出最具潜力的候选化合物。化合物MCH-1623（对VSV的EC50值为13.28 μM；对PR8的EC50值为17.68 μM）被证明是最有前景的。进一步研究了MCH-1623的广谱抗病毒效果，包括其对人类冠状病毒OC43（HCoV-OC43，EC50值为5.05 μM）、人类偏肺病毒（HMPV，EC50值为9.1 μM）和呼吸道合胞病毒（RSV，EC50值为34.7 μM）的抗病毒作用。体内实验表明，MCH-1623具有显著的治疗效果：0.05 mg/kg的吸入剂量在6天内显著提高了致命H1N1-PR8病毒感染患者的生存率。在为期两天的小鼠感染治疗实验中，MCH-1623降低了肺部的H1N1-PR8病毒载量和IL-6水平，并减轻了病毒感染引起的肺组织红斑。这些结果表明，MCH-1623可能是治疗多种RNA病毒感染的潜在候选药物，尤其是目前尚无疫苗或特异性疗法的HMPV。此外，活性-结构关系分析表明，嘧啶上的取代基形成了一个刚性环，这可能为修改核苷抗病毒药物的嘧啶结构提供有用的策略。作为先导化合物，MCH-1623将经过进一步的结构修饰，以开发新一代核苷抗病毒药物。

引言

近年来，包括SARS、COVID-19、甲型流感和禽流感在内的呼吸道病毒激增，对人类生命和健康构成了严重威胁。这些呼吸道病毒属于RNA病毒，其复制过程中容易发生错误和突变。RNA病毒的高突变率导致病毒传染性增强[[1], [2], [3]]，免疫逃逸能力增强，传播速度加快，致病性增加，并且容易产生抗病毒药物耐药性。破坏病毒生命周期的规律是开发广谱抗病毒药物的关键[4,5]。核苷类药物（如利巴韦林[6]、索非布韦[7]、瑞德西韦[8]、莫努匹拉韦[9]、法匹拉韦[10]、乌米芬韦[11]、恩替卡韦[12]等）通过被病毒聚合酶错误识别并整合到病毒核酸链中而发挥抗病毒作用。

然而，提高抗病毒药物的疗效、选择性和临床实用性同时减少副作用是一个永无止境的任务。在过去的一个世纪里，人们系统地研究了多种修改核苷糖环[14]、碱基[15]和磷酸骨架的策略。经过化学家的广泛结构修饰后，可用的化学空间变得越来越有限，使得发现新的核苷抗病毒药物变得更加困难。在此研究中，我们尝试使用空间填充方法设计多种嘧啶核苷，共合成了30种化合物并对其抗病毒活性进行了筛选。通过体外安全性和有效性评估，我们确定MCH-1623是一种具有广谱抗病毒特性的有前景的候选化合物。

部分摘录

嘧啶碱基核苷的设计与合成

分子建模和对接技术对药物发现和设计至关重要[16]。首先，我们分析了核苷与RdRP酶之间的复合物结构，发现复合物中仍有可供碱基结合的空间（图1）。因此，通过向碱基添加取代基来填充这些空间可能会发现新的核苷抗病毒化合物。由于嘧啶的体积小于嘌呤，我们重点设计了嘧啶核苷。

结论与讨论

为了扩展核苷药物的化学多样性，我们对嘧啶碱基进行了广泛的取代研究。尽管分子对接研究表明添加这些取代基是可行的，但发现这些取代基只能在嘧啶结构上形成刚性环，且生成的化合物可能具有抗病毒活性。分子对接中的假阳性结果可能是由于病毒碱基识别具有保守性，但病毒复制过程存在差异所致。

作者贡献声明

Xu Yan：撰写初稿、进行研究、数据整理。Hao Sun：方法学设计、进行研究、数据整理。Chunhuan Mo：方法学设计、进行研究、数据整理。Ling Ma：方法学设计、进行研究、数据整理。Chunbin Hu：方法学设计、进行研究。Zhenyu Zhong：验证、进行研究。Yi Su：验证、进行研究。Lehua Yin：验证、进行研究。Jinyan Zhang：验证、进行研究。Jia Chen：验证、进行研究。Yaohui Liu：验证、进行研究。Xia Han：进行研究。Yan Liu：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。