基于结构的抗寨卡病毒靶向抑制剂研究

Zika virus (ZIKV) is associated with Guillain–Barre´ syndrome (GBS) in adults and severe congenital neurological abnormalities in fetus such as microcephaly. No vaccines or antiviral drugs are clinically available for ZIKV infections. Crystal structures of ZIKV key proteins including NS5 methyltransferase (MTase) domain are resolved recently, which paved way for structure-based drug discovery against ZIKV. Structure of MTase revealed an ‘eyeglass’ shaped pocket in its catalytic site, which is a potential pocket for anti-ZIKV inhibitor design. Previously, we predicted the ZIKV MTase 3D structure by homology modeling, and designed and synthesized a series of compounds with the core of benzothiophene. Using an live-virus based in vitro screening model, we obtained among these compounds several hits with ideal antiviral efficiency. In this research, based on the recently resolved 3D structure of ZIKV MTase, we will applicate multiple technics including molecular interaction assay, in vitro evaluation assay and co-crystallization assay to optimize the inhibitors. Finally, we will evaluate the in vivo therapeutic efficacy using established mouse and non-human primate ZIKV infection models.

寨卡病毒感染可导致成人格林-巴利综合征以及胎儿小头症等严重神经系统先天发育障碍。临床上尚无针对寨卡病毒感染的疫苗和抗病毒药物。近期，寨卡病毒甲基转移酶（MTase）等关键蛋白晶体结构的解析为抗寨卡药物的设计奠定了基础。寨卡病毒MTase的晶体结构显示，其活性位点具有一个“眼镜”型口袋，是抗病毒药物设计的潜在靶点。前期，我们基于同源模建的寨卡病毒MTase结构，针对上述靶点首次设计并合成了一系列苯并噻吩类全新结构化合物；进一步基于寨卡病毒国内分离株建立了抗寨卡药物评价体系，并利用该体系证实，该系列化合物具有良好抗寨卡活性。本研究从最新解析的寨卡病毒MTase晶体结构入手，综合利用分子相互作用、体外活性评价、结构生物学等多种手段，对该系列化合物进行多轮优化设计，优选化合物利用基于国内株的小鼠及非人灵长类感染模型对优选化合物进行体内评价，最终希望获得在体内具有良好治疗活性的抗寨卡病毒候选化合物。

寨卡病毒属于黄病毒科黄病毒属，能通过蚊虫叮咬、性接触、母婴以及输血等方式进行传播。寨卡病毒感染人后能导致新生儿小头症、成人格林-巴利综合征等具有严重后果的疾病。然而，面对这一传染途径多样、感染后果严重的传染病，目前全球尚无获批的疫苗和抗病毒药物。. 为了发现更多具有全新结构的抗病毒候选药物，本研究采用计算机辅助药物设计、片段衍生、分子对接等技术手段，首先完成了基于S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移酶小分子抑制剂的设计、合成与评价，共得到8种具有良好体外抗寨卡病毒活性的新结构候选化合物。进一步研究中，以新型5-氨甲基腺苷类似物为母核，完成了靶向RdRp蛋白的抗寨卡病毒新结构核苷类似物的设计和合成。在经过三轮优化设计得到的32种化合物中，优选具有良好药代动力学性质和较低急性毒性的化合物XSJ2-46进行抗病毒活性评价和机制研究。实验结果表明，XSJ2-46不仅表现出良好的体外广谱抗黄病毒活性，而且能有效阻止寨卡病毒感染引起的小鼠死亡。同时，通过开展SPR和RdRp酶学抑制实验，证明XSJ2-46能靶向抑制黄病毒RdRp蛋白来发挥抗病毒活性。鉴于寨卡病毒等虫媒病毒对宿主天然免疫极为敏感，本研究开展了基于抗病毒天然免疫的抗虫媒病毒新机制抑制剂研究。该研究主要从两个方面开展，一方面，利用RIG-I敲除细胞系、天然免疫缺陷的小鼠模型以及转录组学等方法，证明HSP70抑制剂Apoptozole主要通过影响脂肪酸代谢来调节宿主天然免疫反应，进而发挥抗病毒效果；另一方面，发现能够直接上调宿主天然免疫反应的干扰素激动剂替洛隆对虫媒病毒具有良好的体内外抗病毒活性。. 综上，本研究针对寨卡病毒缺乏新结构抗病毒候选分子的科学问题，设计并合成了多个系列的抗寨卡病毒候选药物品种，在此基础上，利用多种寨卡病毒的体内外药理学感染模型，从酶学、细胞以及动物水平对优选化合物的体内外抗病毒活性及作用机制进行了探索。