通过计算机模拟和体外研究，从天然产物及类天然产物化合物数据库中发现一种新的SARS-CoV-2 Mpro抑制剂

《Molecular Diversity》：Discovery of a new SARS-CoV-2 Mpro inhibitor from a natural product and natural product-like compound database using in silico and in vitro studies

　　

摘要

本研究采用结构引导的虚拟筛选方法，从InterBioscreen（IBS）数据库中的69,075种天然产物或类天然产物化合物中，针对已充分验证的靶标——SARS-CoV-2主蛋白酶（M^pro），筛选出潜在抑制剂。经高通量结构引导虚拟筛选后，再进行更为严格的重新对接，根据其与M^pro活性位点残基之间的高结合亲和力及特异性氢键相互作用，选出了排名前七的化合物作为命中化合物。这些化合物对于该靶标及该病毒而言均为全新化合物。随后，利用分子动力学（MD）模拟和MM-GBSA方法进一步评估了这七个蛋白-配体复合物的稳定性，并理论预测了它们的ADME/Tox（吸收、分布、代谢、排泄/毒性）特征。经过MD模拟后，仅有三个化合物，即STOCK1N-86169、STOCK1N-88750和STOCK1N-65657，被确定为具有高潜力的M^pro抑制候选物。为验证计算机模拟分析结果，分别开展了基于FRET的M^pro抑制体外实验和基于ELISA的SARS-CoV-2抑制实验。体外实验结果表明，STOCK1N-86169是唯一具有强效M^pro抑制活性的化合物，其IC₅₀为3.8 μM。通过差示扫描量热法（DSC）独立确认了STOCK1N-86169与M^pro的结合，结果显示与游离蛋白相比，M^pro–STOCK1N-86169复合物的熔点（T_m）提高了约15 °C。在细胞毒性实验中，该化合物对HeLa细胞系的CC₅₀ > 100 μM，对Huh-7细胞系约为100 μM，对Vero E6细胞系约为33.5 μM。在基于Vero细胞的SARS-CoV-2感染实验中，其EC₅₀约为7 μM，选择性指数（S.I.）约为5倍。本研究结果表明，具有新骨架结构的类天然产物化合物STOCK1N-86169，对M^pro及SARS-CoV-2均具有抑制作用，有望成为进一步开发的有效SARS-CoV-2 M^pro抑制剂候选物。

图形摘要

本研究采用结构引导的虚拟筛选方法，从InterBioscreen（IBS）数据库中的69,075种天然产物或类天然产物化合物中，针对已充分验证的靶标——SARS-CoV-2主蛋白酶（M^pro），筛选出潜在抑制剂。经高通量结构引导虚拟筛选后，再进行更为严格的重新对接，根据其与M^pro活性位点残基之间的高结合亲和力及特异性氢键相互作用，选出了排名前七的化合物作为命中化合物。这些化合物对于该靶标及该病毒而言均为全新化合物。随后，利用分子动力学（MD）模拟和MM-GBSA方法进一步评估了这七个蛋白-配体复合物的稳定性，并理论预测了它们的ADME/Tox（吸收、分布、代谢、排泄/毒性）特征。经过MD模拟后，仅有三个化合物，即STOCK1N-86169、STOCK1N-88750和STOCK1N-65657，被确定为具有高潜力的M^pro抑制候选物。为验证计算机模拟分析结果，分别开展了基于FRET的M^pro抑制体外实验和基于ELISA的SARS-CoV-2抑制实验。体外实验结果表明，STOCK1N-86169是唯一具有强效M^pro抑制活性的化合物，其IC₅₀为3.8 μM。通过差示扫描量热法（DSC）独立确认了STOCK1N-86169与M^pro的结合，结果显示与游离蛋白相比，M^pro–STOCK1N-86169复合物的熔点（T_m）提高了约15 °C。在细胞毒性实验中，该化合物对HeLa细胞系的CC₅₀ > 100 μM，对Huh-7细胞系约为100 μM，对Vero E6细胞系约为33.5 μM。在基于Vero细胞的SARS-CoV-2感染实验中，其EC₅₀约为7 μM，选择性指数（S.I.）约为5倍。本研究结果表明，具有新骨架结构的类天然产物化合物STOCK1N-86169，对M^pro及SARS-CoV-2均具有抑制作用，有望成为进一步开发的有效SARS-CoV-2 M^pro抑制剂候选物。

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