《Journal of Virology》：Broad-acting antivirals: the pursuit of pan-viral therapeutics in the era of pandemics
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本文系统回顾了广谱抗病毒药物(BSA)的研发现状，涵盖直接作用于病毒蛋白的DAA和靶向宿主细胞因子的HTA。综述梳理了针对聚合酶、蛋白酶、脂质代谢、嘧啶代谢、蛋白翻译等关键靶点的代表性候选药物及临床前/临床进展，并探讨了组合疗法、CRISPR-Cas等新策略，指出在应对未来未知病原体“X”的挑战中，开发不依赖病毒自身、安全性高的通用抗病毒疗法是未来方向。
ABSTRACT
持续存在的新病毒流行威胁，促使科学界不懈地致力于开发通用的抗病毒治疗方法。广谱抗病毒药物的开发要么聚焦于直接作用于病毒蛋白的物质（直接作用抗病毒药，DAA），要么聚焦于针对细胞自身蛋白的物质（宿主靶向抗病毒药，HTA）。数十年的发展已使许多具有广泛抗病毒活性的DAA进入市场，但其临床批准是针对单一感染获得的。HTA相较于DAA具有一系列优势，例如更广的抗病毒谱和更高的病毒耐药遗传屏障，这在准备与未知病原体战斗时无疑至关重要。COVID-19大流行为许多“老药新用”的HTA（先前已获批用于治疗包括癌症在内的其他疾病）提供了大量临床试验机会。尽管付出了巨大努力，能够抵御未来由病原体“X”引发的大流行的BSA武器库仍然非常有限。在本综述中，我们描述了针对至少两种不相关病毒病原体有效的、研究最深入的DAA和HTA数据，重点关注那些已在临床前后期和临床试验中得到研究的药物。最后，我们重点介绍了CRISPR-Cas治疗等替代性新方法。
引言
世界卫生组织自2011年以来已记录了188个国家超过1200起易流行疾病的暴发，凸显了突发卫生事件日益频繁以及大流行时代的来临。当前分析估计，新的大流行每年发生的概率为2.5%–3.3%，这意味着未来10年内发生另一次类似COVID-19疫情的机会为22%–28%，未来25年内发生大流行的机会为47%–57%。
针对单一病原体的“一药一菌”范式因其固有的局限性（包括狭窄的特异性、漫长的开发周期和令人望而却步的成本）而不适合用于大流行防范。一个更有希望的替代方案是开发广谱抗病毒药物，其靶向保守的病毒元件或必需的宿主因子。在此，我们将BSA定义为对至少两种不相关的病毒病原体具有已证明活性的化合物。尽管该领域面临重大挑战，本综述总结了开发直接作用和宿主靶向BSA方面最实质性的进展，包括基于新型分子工具的新一代疗法，特别关注那些正在推进临床试验的候选药物以及早期候选药物。
直接作用广谱抗病毒药物
直接作用抗病毒药直接靶向病毒组分（主要是蛋白质）。对于BSA最有希望的靶点是病毒复制所必需的高度保守的酶，例如聚合酶和蛋白酶。针对病毒融合蛋白的药物也已开发，但这带来了更复杂的机会，因为这些蛋白质是病毒特异性最高的蛋白质之一，并且处于持续的突变压力之下。DAA开发的进展如图所示和。
该领域的一个关键局限是过度依赖体外数据，而缺乏强有力的体内和临床证据。这反映在抗病毒药物的整体格局中：尽管经过数十年的研究，仅批准了大约100种抗病毒药物，其中大多数仅针对HIV和HCV，覆盖了超过200种已知人类致病病毒中的仅10种。这凸显了需要转向创新策略，以及开发宿主靶向抗病毒药，以实现真正的大流行防范。
宿主靶向广谱抗病毒药物
DAA的开发受限于其针对单个病毒蛋白。因此，追求HTA，即针对被病毒劫持的宿主细胞因子的疗法，代表了BSA开发更有前景的途径。这种方法利用了人类蛋白质组的广泛靶点空间。HTA可根据受影响的细胞过程进行分类：靶向嘧啶、脂质或蛋白质代谢，以及靶向细胞激酶。主要的HTA靶点总结于图4。与DAA相比，HTA可以靶向参与病毒复制多个阶段的多个细胞因子。HTA对病毒耐药性构成了强大的屏障：产生逃逸突变的可能性显著降低，并且其出现的时间框架要长得多，因为这需要病毒规避基本的宿主功能，而不是突变单个病毒蛋白。与HTA相关的主要挑战是其潜在的靶点毒性。由于HTA候选药物靶向具有基本生物学功能的人类蛋白质，任何治疗干预都可能破坏至关重要的生理途径。这种基于机制的毒性是其临床开发和应用的重要障碍。
靶向脂质代谢的HTA
胆固醇-25-羟化酶是干扰素刺激基因，可产生具有强效广谱抗病毒活性的25-羟基胆固醇。体外研究已证实25HC对多种包膜病毒有效，包括水疱性口炎病毒、HIV、单纯疱疹病毒、埃博拉病毒、裂谷热病毒和尼帕病毒、甲型流感病毒、水痘-带状疱疹病毒、寨卡病毒、登革病毒、黄热病毒、西尼罗河病毒、SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2。25HC抗病毒活性的一个拟议机制是通过激活内质网定位的酰基辅酶A：胆固醇酰基转移酶以及随后消耗质膜中的可及胆固醇来抑制病毒膜融合。因此，ACAT抑制剂也被提出并测试作为宿主靶向BSA。其中，阿伐麦布曾在临床试验中用于治疗动脉粥样硬化。尽管由于评估效果和与其他药物相互作用风险的困难而中止了试验，但阿伐麦布现在正被重新用于癌症和抗病毒治疗。阿伐麦布通过在多个阶段（包括进入、细胞质复制复合物的形成和新病毒颗粒组装）发挥作用，在普通细胞培养物和气液界面培养的原代支气管上皮细胞中均显示出抑制SARS-CoV-2复制的能力。这已在针对HCV、HBV和寨卡病毒的细胞系和人脑类器官中得到证实。
脂肪酸合酶是一种多酶复合体，主要负责新生脂肪生成，被病毒大量利用。奥利司他是一种FDA批准的用于治疗肥胖的药物，靶向FASN硫酯酶活性。奥利司他被证明会影响登革病毒、丙型肝炎病毒、SARS-CoV-2、柯萨奇病毒B3和基孔肯雅病毒的病毒复制细胞器和随后的病毒颗粒形成。在SARS-CoV-2小鼠模型中注射奥利司他可降低病毒载量和肺部病理变化，证实了报道的体外抗病毒活性。
4-羟基苯基维甲酰胺是一种视黄酸的合成类似物，可调节宿主脂质代谢，具有良好的既定安全性和药代动力学特征。它已被研究并报道可作为抗癌药物有效。芬维A胺已证明对多种病毒具有抑制活性，包括登革病毒、西尼罗河病毒、莫多克病毒和丙型肝炎病毒，使其成为开发为泛黄病毒科疗法的有力候选者。
靶向嘧啶代谢的HTA
二氢乳清酸脱氢酶抑制剂
二氢乳清酸脱氢酶是新生嘧啶生物合成途径中的一种酶，催化二氢乳清酸脱氢生成乳清酸。许多病毒依赖细胞嘧啶合成，因此使DHODH成为BSA开发的理想靶点。Brequinar是一种早在20世纪80年代中期开发的化合物，最初作为癌症和免疫抑制治疗中的抗代谢物，最近被重新用于抗病毒治疗。Brequinar通过影响病毒RNA合成，在体外抑制黄热病毒、西尼罗河病毒、波瓦桑病毒、西方马脑炎病毒和水疱性口炎病毒的复制。类似地，brequinar在体外减少了SARS-CoV-2、寨卡病毒和埃博拉病毒的复制，并证明了在细胞系和类器官中抑制轮状病毒的复制。Brequinar也被证明在与莫努匹拉韦联合治疗时能降低SARS-CoV-2小鼠模型中的病毒滴度，但单药治疗无效。针对COVID-19治疗的II期临床试验报告称，brequinar治疗虽然安全且耐受性良好，但未能降低病毒载量，并导致病毒脱落时间延长，重复了小鼠模型的结果。
来氟米特是另一种获准用于关节炎治疗的DHODH抑制剂，被重新用于抗病毒治疗。来氟米特在细胞培养中抑制呼吸道合胞病毒复制，并在棉鼠模型中即使在延迟治疗（直至接种后第3天）也能降低病毒载量。来氟米特在体外抑制SARS-CoV-2复制。然而，其对甲型流感病毒的活性较低，有效抑制需要与其代谢产物特立氟胺一起治疗。特立氟胺也被证明在细胞培养中以微摩尔范围的有效浓度抑制SARS-CoV-2、寨卡病毒、埃博拉病毒和甲型流感病毒的复制。
值得注意的是，来氟米特进展到针对COVID-19的临床试验，报告称其安全且耐受性良好，但对临床结果（包括症状发生率、改善时间、疾病严重程度或鼻拭子病毒清除时间）没有显著影响。类似地，特立氟胺未能在SARS-CoV-2感染的动物模型中重现其体外功效。
许多其他DHODH抑制剂已在体外显示出广谱抗病毒活性。其中，PTC299和IMU-838也进入了针对COVID-19的临床试验，但同样未能显示出临床疗效。观察到的DHODH抑制剂有限的体内和临床疗效可能归因于细胞补救途径可以补偿嘧啶核苷酸的消耗。这种限制可能通过与其它抗病毒药物的联合治疗来克服。
靶向蛋白质代谢的HTA
α-葡萄糖苷酶抑制剂
亚氨基糖是BSA，可作为内质网α-葡萄糖苷酶I和II的竞争性抑制剂，这些酶对病毒糖蛋白的正确折叠至关重要。其中，UV-4B目前特别受关注。亚氨基糖UV-4B已证明在原代人支气管上皮细胞和致死性小鼠模型中对甲型和乙型流感病毒有效。UV-4B还在细胞培养中显示出对登革病毒的抗病毒活性，这在小鼠模型中进一步得到证实，即使在延迟开始治疗（感染后长达48小时）也是如此。体外抗病毒活性也在针对SARS-CoV-2中得到证明。获得的结果促使UV-4B进入临床试验，该试验已完成，具有良好的安全性和耐受性特征。然而，由于商业原因，产品开发被暂停。类似地，相关化合物塞戈司韦在体外具有广泛的抗病毒活性，在针对HIV、登革病毒和丙型肝炎病毒的临床试验中进行了测试。虽然安全，但塞戈司韦作为单药治疗对HIV、丙型肝炎病毒或登革病毒没有显示出临床益处。此外，通过基因敲除完全抑制α-葡萄糖苷酶仅在体外部分抑制了埃博拉病毒和黄热病毒，但亚氨基糖IHVR-19029与法匹拉韦的组合在体内和体外均实现了显著的病毒抑制，突显了联合疗法的潜力。
弗林蛋白酶抑制剂
弗林蛋白酶是一种细胞蛋白酶，对于切割和激活许多病毒表面蛋白至关重要。弗林蛋白酶抑制剂已被证明可抑制多种病毒的复制，包括甲型流感病毒、SARS-CoV-2和MERS-CoV。然而，一个主要缺点是弗林蛋白酶关键的生理作用；它处理超过500种人类前蛋白底物。其普遍表达以及弗林蛋白酶敲除在模型中的致死性，要求在开发弗林蛋白酶抑制剂时需谨慎，需要仔细管理潜在的靶点毒性和自身免疫反应。
跨膜丝氨酸蛋白酶2抑制剂
跨膜丝氨酸蛋白酶2是一种人类蛋白酶，对许多呼吸道病毒的感染至关重要。甲磺酸卡莫司他和结构相关的药物甲磺酸萘莫司他是TMPRSS2抑制剂，已在日本和韩国获得临床批准用于多种用途，现正被重新用于抗病毒治疗。卡莫司他首次被发现在小鼠体内对甲型流感病毒有效，减少了病毒分泌，并进一步被证实在原代上皮细胞中减少甲型流感病毒复制并减少随后的细胞因子产生。萘莫司他同时被证实在细胞中减少甲型流感病毒的进入和随后的炎性细胞因子产生，并减少小鼠肺灌洗液中的病毒载量。在COVID-19大流行时代，卡莫司他和萘莫司他在针对SARS-CoV-2的临床试验中进行了研究。不幸的是，对于这两种药物，在住院患者的一系列试验中（萘莫司他的一项试验除外）未报告总恢复时间或死亡率的差异。卡莫司他治疗也在非住院的轻中度COVID-19患者中进行了评估。在几次试验中，未记录到病毒载量减少或症状缓解期缩短。然而，这推动了对新型TMPRSS2抑制剂的研究。其中，MM3122在细胞培养测试中显示出针对MERS-CoV和SARS-CoV-2的抗病毒活性，抑制病毒进入和SARS-CoV-2的细胞病变效应。另一种TMPRSS2抑制剂Trypstatin可阻止多种冠状病毒和流感病毒的细胞进入。Trypstatin即使在存在气道粘液的情况下也能显著降低SARS-CoV-2在体外的复制，并进一步在叙利亚仓鼠模型中被证实可降低病毒滴度并减轻临床症状。这些和其他新型TMPRSS2抑制剂必须在进一步的试验中进行评估。
热休克蛋白抑制剂
热休克蛋白，如HSP70和HSP90，是分子伴侣，被病毒利用以促进蛋白质折叠和复制。抑制HSP70可在体外和体内抑制正黄病毒、冠状病毒和正内罗病毒，尽管这些发现主要涉及工具化合物。用格尔德霉素或其衍生物抑制HSP90已在体外证明对多种病毒具有活性，包括脊髓灰质炎病毒、人鼻病毒、肠道病毒A71、柯萨奇病毒、甲型和乙型流感病毒、呼吸道合胞病毒、丙型肝炎病毒、巨细胞病毒、EB病毒、乙型肝炎病毒、人类T淋巴细胞病毒和基孔肯雅病毒。尽管这些衍生物在I/II期癌症试验中进行了评估，但其临床开发最终被中止。尽管如此，广谱抗病毒活性突显了HSP抑制的潜力，值得用新化合物进行进一步研究。
Sigma受体拮抗剂
Sigma-1受体是一种参与细胞应激反应的细胞内分子伴侣。选择性Sigma-1受体拮抗剂PB28最近被报道在体外和体内均表现出泛冠状病毒活性，代表了一种有前景的新宿主靶向策略。
组织蛋白酶抑制剂
许多病毒通过内吞途径进入细胞，最终进入内溶酶体区室，其中组织蛋白酶和其他机制参与病毒衣壳或基因组的脱壳和释放。溶酶体组织蛋白酶L和钙蛋白酶-1抑制剂已在体外显示出泛冠状病毒活性，并在小鼠模型中显示可减少SARS-CoV-2肺部RNA并保护免受HCoV-OC43感染。同时，数十种组织蛋白酶的作用仍未探索。由于目前正在开发许多组织蛋白酶抑制剂，针对单一组织蛋白酶或其组合应作为预防和限制病毒感染和传播的方法进一步探索。
蛋白酶体靶向
从头开发HTA和现有药物的重新定位仍然是一个有前景但具有挑战性的领域。一个例子是硼替佐米，一种用于肿瘤学的蛋白酶体抑制剂，已在体外证明对SARS-CoV-2、基孔肯雅病毒、寨卡病毒和登革病毒具有广泛的抗病毒活性。它通过干扰病毒蛋白加工和利用宿主蛋白酶体机制起作用。尽管硼替佐米目前正处于作为抗病毒药物的概念验证研究中，但其免疫抑制和毒性作用可能会削弱其实际应用。同时，硼替佐米被证明可诱导许多病毒的复制和再激活，包括乙型肝炎病毒、水痘-带状疱疹病毒和巨细胞病毒。
硼替佐米作为安全有效抗病毒药物的开发受到重大挑战的阻碍，包括应激条件下的
