抗新型冠状病毒药物的研究进展

郑 曦，张晨阳，陈思充，焦光宇，郝丽英*

0 引言

病毒根据其遗传物质的核酸类型与结构、病毒的形状与大小、有无包膜、对理化因素的敏感度、致病性、传播途径等生物学特性进行分类[1]。冠状病毒是正义单链RNA包膜病毒，分为α、β、γ和δ 4个属[2]。其中α和β两属易感染哺乳动物，包含了7种对人类致病的冠状病毒[2]。严重急性呼吸综合征病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征病毒(MERS-CoV)属于2种高致病性冠状病毒，可引起人类严重呼吸综合征，另外4种人类冠状病毒(HCoV-NL63、HCoV-229E、HCoV-OC43和HKU1)通常只在免疫功能正常的宿主中诱发轻度的上呼吸道疾病[3-4]。新型冠状病毒(Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)属于第7个能感染人类的冠状病毒[5]，与SARS-CoV和MERS-CoV同属于β-冠状病毒[6-8]。冠状病毒感染的症状有喉咙痛、流鼻涕、咳嗽、打喷嚏、发烧、病毒性结膜炎、嗅觉和味觉丧失以及严重肺炎[9-12]。继发性感染、严重肺炎和心血管损伤是SARS-CoV-2致死的主要原因[10,13]。

冠状病毒含有4种主要的结构蛋白：S蛋白(Spike protein)、膜蛋白(Membrane protein)、包膜蛋白(Envelope protein)和核衣壳(Nucleocapsid)。跨膜丝氨酸蛋白酶2(Transmembrane protease serine 2，TMPRSS2)先切割并激活S蛋白[14]，激活的S蛋白与血管紧张素转换酶2(Angiotensin converting enzyme 2，ACE2)结合进入宿主细胞[15-17]。随后病毒基因组和RNA依赖性RNA聚合酶(RNA dependent RNA polymerase，RdRp)复合物被运送到细胞核，该复合物在RNA伴侣蛋白的作用下进行病毒RNA的复制转录，并利用核糖体翻译病毒多聚蛋白[18-20]。在此过程中冠状病毒主蛋白酶3CL(Main proteinase 3CL，Mpro或3CLpro)和木瓜蛋白酶样蛋白酶(Papain-like proteinase，PLpro)能将病毒多聚蛋白切割分解，共同参与病毒的复制[21-22]。最后进行病毒的组装以及胞吐释放，进行新一轮的感染[23-24]。

目前治疗冠状病毒感染主要依赖疫苗和抗病毒药物，在实际应用中仍以抗病毒药物治疗为主。本文以抗病毒药物的作用靶点为基准，以其作用机制为依据，对其进行综述，为COVID-19的临床抗病毒治疗和抗SARS-CoV-2的新药研发提供理论依据及新思路。

1 治疗新型冠状病毒肺炎的抗病毒药物

目前，治疗新型冠状病毒肺炎的药物主要包括广谱抗病毒药物、S蛋白抑制剂、ACE2抑制剂、RdRp抑制剂、3CLpro和PLpro抑制剂等，具体见表1。

表1 治疗COVID-19的抗病毒药物

1.1 广谱抗病毒药物 干扰素(Interferon，IFN)是一类多功能糖蛋白，具有广谱抗病毒作用，通过结合细胞表面受体，产生具有抗病毒作用的蛋白，同时增强免疫细胞的杀伤活性，增强机体的免疫力，使机体处于一种抗病毒的活性状态[25]。IFN分为I型 (IFN-α和INF-β)、Ⅱ型 (IFN-γ) 和Ⅲ型 (IFN-λ) 3种亚型，其中IFN-α因具有良好的抗病毒作用和免疫调节作用而被广泛应用于临床[25]。Vanderheiden等[26]用SARS-CoV-2感染原代人气道上皮细胞，发现感染的培养物能够诱导炎性因子和趋化因子的产生，而给予IFN-α处理能显著降低病毒复制能力。在中国卫健委发布的试行诊疗方案(第8版)中，IFN-α以雾化吸入的方式用于临床治疗COVID-19[27]。另外INF-β也具有潜在的治疗作用，在体内和体外实验中INF-β对SARS-CoV和MERS-CoV表现出强大的抗病毒活性[28-29]，而且未见INF-β增加ACE2在肺和肠道模型中的表达[30]，同时在小鼠模型中INF-β能够减少病毒诱导的肺纤维化，提示INF-β可能改善COVID-19并发急性呼吸窘迫综合征患者的预后[31]。

利巴韦林(Ribavirin)又称病毒唑，是一种核苷类似物，常用于治疗病毒性肝炎。利巴韦林在细胞内磷酸酶的作用下生成活性形式，抑制鸟苷单磷酸的合成，从而抑制病毒的复制，具有广谱抗病毒作用。利巴韦林体外试验中能够有效抑制人冠状病毒的活性，但是体内试验中在有效浓度下并未观察到明显抑制病毒增殖的作用[32]。利巴韦林口服时常引起药疹，肌肉注射和静脉注射时可能导致过敏性休克和血液系统反应[33-34]。利巴韦林对耐药病毒适应性较差，耐药病毒由于具有更高保真度的RNA聚合酶，更易受到其他常规抗病毒药物的影响[35]，因此利巴韦林常和其他抗病毒药物合用以达到最佳疗效。在中国卫健委发布的试行诊疗方案(第8版)中，不推荐单独使用利巴韦林，建议与IFN或洛匹那韦/利托那韦(Lopinavir/Ritonavir，LPV/r)联合使用[27]。

1.2 S蛋白抑制剂 S蛋白包括S1和S2两个亚单位[36]。S1亚单位的受体结合域(Receptor-binding domain，RBD)与ACE2结合后，S2亚单位中的HR1(Heptad repeat 1)和HR2(Heptad repeat 1)结构域相互作用，促进病毒与宿主细胞膜的融合[37]。以RBD为靶点的药物在阻断病毒与宿主受体的结合方面曾表现出良好的抗病毒活性，但是因RBD序列的高度易变性，导致此类药物在不同冠状病毒宿主中的效应存在显著差异[38-39]。而S2亚单位HR1和HR2区域是保守的，因此，针对S2亚单位靶点的药物开发具有很大的前景[40]。

阿比多尔(Arbidol)常用于抗流感病毒，目前已用于抗SARS-CoV的治疗，其主要通过与病毒表面的血凝素(Hemagglutinin，HA)蛋白结合而发挥作用[41-42]。Vankadari等[43]通过序列和结构对比，发现SARS-CoV-2的S蛋白和甲型H3N2流感病毒的HA结合位点的序列和结构具有相似性，因此，阿比多尔可能靶向作用于S蛋白起到抑制SARS-CoV-2的作用。Wang等[44]通过细胞实验在SARS-CoV-2进入宿主细胞阶段和整个感染阶段中都给予阿比多尔治疗，然后定量分析病毒产量，结果显示，两个阶段给药都有效地阻止了病毒进入。SARS-CoV-2经早期内体(Early endosomes，EEs)和内溶酶体(Endolysosomes，ELs)在细胞内运输[45]，通过病毒与EEs或ELs的共定位实验发现，阿比多尔能阻止ELs释放SARS-CoV-2，从而抑制SARS-CoV-2转运[44]。阿比多尔已被纳入中国COVID-19诊断和治疗指南[27]，临床应用和研究将会对其抗SARS-CoV-2的有效性和安全性进一步验证并提供经验积累。

EK1C4是新近研发的融合抑制肽，能有效地抑制包括SARS-CoV-2在内的人类冠状病毒的复制[46]。EK1C4通过靶向HR1的保守位点，减少耐药突变的产生[46]。Xia等[47]通过细胞融合模型，发现SARS-CoV-2比SARS-CoV具有更高的膜融合能力，而EK1C4是筛选的一系列多肽中最有效的SARS-CoV-2膜融合抑制剂。由于采用局部给药，而不是全身给药，相比于一般化学药物安全性更高[47]。EK1C4目前还处于临床前研究阶段。

S蛋白抑制剂目前作为抗SARS-CoV-2药物研究的焦点，普遍认为是最有希望研制成功的抗SARS-CoV-2药物，尤其是一些小分子药物，例如IPB02，一种基于HR2序列并进行胆固醇修饰的融合抑制肽，具有很强的SARS-CoV-2抑制活性[48]。但是目前大部分仍处于药物临床前研究阶段，有效性和安全性还有待验证。

1.3 ACE2抑制剂 氯喹(Chloroquine)是1934年发现的一种9-氨基喹啉，已被广泛用于治疗疟疾、阿米巴病、艾滋病病毒和自身免疫性疾病[49]。Fantini等[50]研究发现，在SARS-CoV-2的S蛋白N末端有一种保守的神经节苷脂结构域，氯喹能与其结合并阻断S蛋白与ACE2的结合。氯喹在EC50(50% effective concentration)为1.1 μmol/L时，也能够有效防止SARS-CoV-2的复制[51]。氯喹还具有免疫调节作用，能减少肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白介素6(IL-6)的产生，可协同增强其体内抗病毒作用[51]。氯喹口服生物利用度高，但其安全范围很窄，单剂量30 mg/kg可能致命，特别需要注意儿童对氯喹的毒性反应[52]。有报道，在使用羟氯喹和氯喹时，糖尿病患者出现了低血糖的不良反应，其安全用药也需要保障[53]。氯喹常见的不良反应是胃肠道不适，伴有恶心、呕吐和腹泻[54]。另有报道称QTc延长和由此产生的室性心律失常是氯喹最严重的并发症[55]，因此，临床建议患者症状好转时及时减量或停药，以降低氯喹用药的不良反应[56]。在中国卫健委发布的试行诊疗方案(第8版)中，不推荐使用氯喹衍生物羟氯喹或联合使用阿奇霉素进行治疗，对于磷酸氯喹则可以继续使用[27]。WHO也不推荐使用氯喹和羟氯喹或联合使用阿奇霉素作为SARS-CoV-2的治疗或预防用药[57]。作为一款“老药新用”的经典药物，氯喹不良反应较大，并未起到很好的治疗效果，但是其结构修饰物磷酸氯喹效果比较显著[58]，这也为其他抗病毒药物的应用提供了新思路。

1.4 RdRp抑制剂 RdRp能够催化冠状病毒RNA的合成，RdRp抑制剂包括瑞德西韦(Remdesivir)和法匹拉韦(Favipiravir)。

瑞德西韦是由吉利德公司研发的一种类腺苷三磷酸化合物，主要是作为抗埃博拉病毒(Ebola virus)和马尔堡病毒(Marburg virus)的试验药物。瑞德西韦进入宿主细胞后代谢成5′-三磷酸核苷的活性形式，竞争性抑制病毒RdRp，随后被RdRp整合到新生病毒RNA中，直接中止RNA 的合成或在随后的RNA合成中产生致命突变[59]。瑞德西韦已经被证明能抑制细胞培养中的SARS-CoV-2病毒复制[60]。感染了SARS-CoV-2的恒河猴给予瑞德西韦治疗后，未出现呼吸道疾病现象，同时在第1次给药12 h后，支气管肺泡灌洗液中病毒滴度降低，显示出瑞德西韦在动物模型中的疗效[61]。根据临床的早期经验，在4例重症COVID-19患者中静脉注射瑞德西韦100 mg，持续10 d后，所有患者鼻腔拭子SARS-CoV-2 RNA检测均呈阴性，但是出现1例瑞德西韦停药复阳的情况[62]。目前瑞德西韦已进入Ⅲ期临床试验，尚未在任何国家获批上市[59]。

法匹拉韦原名T-705，常用于流感治疗。其在磷酸激酶的作用下形成代谢物，在病毒RNA复制中充当嘌呤核苷或嘌呤类似物，以剂量依赖和GTP竞争的方式抑制RdRp活性，抑制病毒复制。法匹拉韦具有广谱抗病毒活性，由于其并不影响宿主细胞DNA或RNA的合成，毒性较低。法匹拉韦在临床试验中也表现出较高的安全性和良好的有效性，曾被用于埃博拉病毒感染的治疗[63-64]。Tanaka等[65]发现，法匹拉韦能显著抑制炎性因子TNF-α的产生，具有潜在的抗SARS-CoV-2活性。该药物的主要不良反应为腹泻和血尿酸增加，由于其对动物有致畸和胚胎毒性作用，因此孕妇禁用[66]。

1.5 3CLpro和PLpro抑制剂 3CLpro是病毒多聚蛋白切割加工(Polyprotein cleavage)必不可少的蛋白酶，抑制3CLpro的活性会阻止病毒的复制[67]。Zhang等[68]设计合成一种拟肽α-酮酰胺类似物，该肽皮下给药时显现出肺向性，同时雾化吸入也表现出良好的耐受性。鉴于SARS-CoV-2对肺部的影响，α-酮酰胺类似物有望用于COVID-19的治疗[67]。

PLpro抑制剂通过阻断病毒多聚蛋白裂解、恢复ISG(一种抗病毒的泛素样修饰物)的抗病毒作用，以及减少炎性因子的产生而发挥抗病毒作用[68]。6-巯基鸟嘌呤(6-Thioguanine，6-TG)是一种经FDA批准用于治疗儿童白血病、肠炎和克罗恩病的药物。6-TG不仅能阻止PLpro介导的多聚蛋白裂解，而且能减少炎性因子IL-6的分泌[69]。在Vero-E6非洲绿猴肾细胞和Calu-3人肺上皮细胞系中均观察到6-TG显著抑制SARS-CoV-2的复制。

1.6 作用于其他靶点的药物 LPV/r是一种复方制剂，常用于艾滋病病毒感染治疗。洛匹那韦和利托那韦均可以抑制HIV病毒蛋白酶活性，利托那韦可抑制肝脏细胞色素P450酶CYP3A介导的洛匹那韦代谢，从而提高洛匹那韦的药物浓度，延长半衰期。但是在接受LPV/r治疗的COVID-19患者中，经常发生严重腹泻，且这些患者常出现肝脏损害，并且与疾病的严重程度有关[70]。因此，猜测急性肝损伤可能会损害参与LPV/r代谢的代谢酶的活性，最终导致药物耐受性降低，从而引发胃肠道不良反应[71]。在一项临床试验中，INF、LPV/r和利巴韦林的三联抗COVID-19治疗在减轻发病症状、缩短病毒脱落时间和住院时间方面优于单用LPV/r[72]。中国卫健委发布的试行诊疗方案(第8版)中亦建议与IFN或利巴韦林联合使用[27]。

β-D-N4-羟基胞苷(NHC，EIDD-1931)是一种口服的核糖核苷类似物，具有广谱抗病毒活性，通过产生致死突变阻止病毒RNA的复制[73]，可对埃博拉等多种RNA病毒发挥作用。Sheahan等[74]通过对人肺上皮细胞系Calu-3进行抗病毒试验，发现NHC能有效抑制MERS-CoV和SARS-CoV-2的复制及感染滴度，并且对耐瑞德西韦的冠状病毒具有更高的效力。这些研究表明，NHC可以有效治疗SARS-CoV-2感染，但仍需要动物实验和临床研究来验证其疗效[75]。

甲磺酸卡莫司他(Camostat mesylate)常用于治疗慢性胰腺炎，能够抑制TMPRSS的活性，从而阻断SARS-CoV-2感染肺细胞，在日本已经被批准用于人类，是治疗COVID-19的潜在药物[14]。

2 新型冠状病毒肺炎的中医药治疗

中医药凭借其特有的中医辩证理论及中药配伍等优势，在新冠肺炎的治疗中发挥了重要作用，中国卫健委将中医治疗纳入了新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案[27]。中医认为COVID-19是“寒湿疫”，其基本病机是寒湿疫毒，伏气燥邪内藏，壅塞上焦肺胸,导致气机郁闭，升清肃降失常，正气虚衰，入于脾，发于肺。目前中医治疗轻症期的方剂多以解表化湿、宣肺透热为主，以藿香正气散和莲花清瘟胶囊最为典型[76]。对普通和重型患者推荐使用方剂清肺排毒汤，危重型患者可根据实际情况合理使用[27]。清肺排毒汤既祛寒闭又利小便祛湿，其中的麻黄可增五苓散祛湿，五苓散控制麻桂发汗之峻，桂枝甘草辛甘化阳扶正，又合用射干麻黄汤及橘枳姜汤，小柴胡汤可通利三焦，加藿香为芳香化湿，用石膏防郁而化热。运用网络药理学的方法对治疗COVID-19的潜在有效中药进行筛选，筛选出桑叶、苍术、浙贝母、生姜、金银花、连翘、草果等7味中药，并确定以清宣疫疠之湿浊为基本治法，以银翘散、桑菊饮为基础方[77]。需要注意的是，中医治疗需要充分考虑地域、时令以及个体差异，遵从中医理论和思想，发挥中医药的优势，同时也要时刻关注中医药的毒副作用，尤其是中药注射剂，应按照说明书从小剂量开始，逐步辨证调整使用。

3 小结与展望

上述抗病毒药物缺乏高质量的临床证据，根据WHO的建议，临床试验范围之外不推荐使用上述抗病毒药物作为COVID-19的治疗或预防用药[57]；中国卫健委发布的试行诊疗方案(第8版)中也建议具有潜在抗病毒作用的药物应在病程早期使用，并重点应用于有重症高危因素及有重症倾向的患者[27]，因此，研制出有效的抗病毒药物是一个亟待解决的问题。而且抗病毒药物的不良反应以及病毒变异产生的耐药性都会影响药物疗效的发挥，也增加了新药研发的难度。一方面，需要运用现代的科学技术明确抗病毒药物的作用机制和构效关系，从而进行结构修饰和优化，同时针对不同的靶点研制出效用更好的新药。另一方面，急需临床数据支持抗COVID-19治疗效果的评价。值得关注的是，中医药在COVID-19的治疗中具有一定的疗效，发挥中医药的优势也将成为治疗COVID-19的一大方向。目前单一药物治疗已经不能满足治疗的需求，联合用药才能使药效最大化，但是对于特殊人群的治疗方案和联合抗SARS-CoV-2药物之间的相互作用仍有待解决。