希望專業人士能夠解答。


3月6號二更:

4月份部分疫苗有望進入臨床或者應急使用】在今天舉行的國務院聯防聯控機制新聞發布會上,國家衛健委醫藥衛生科技發展研究中心主任鄭忠偉說,目前新冠病毒疫苗正沿著滅活疫苗、基因工程重組的亞單位疫苗、腺病毒載體疫苗、減毒流感病毒載體疫苗、核酸疫苗等五條技術路線穩步推進。估計到4月份,按照國家有關法律法規,部分疫苗有希望進入臨床或者應急使用。新冠病毒是一種新病毒,我們對它的認識、探索還有一個過程。同樣,疫苗的研發也要在探索和深化的過程中逐步解決一些問題。

7款檢測試劑獲葯監局應急審批 檢測速度更快】中國工程院院士、清華大學醫學院教授程京3月6日在國務院聯防聯控機制新聞發布會上說,最近兩周有7款檢測試劑獲葯監局應急審批,正式進入臨床。其中包括一款核酸檢測試劑盒基於恆溫擴增晶元技術,一次能對6種呼吸道病毒進行檢測,且檢測速度更快。

新冠肺炎疫情防控的向好態勢基本形成】科技部社會發展科技司司長吳遠彬在6日下午國務院聯防聯控機制新聞發布會上說,疫情發生以來,科技部會同國家衛健委、國家葯監局等13部門組建了國務院聯防聯控機制科技攻關組,聚焦5大主攻方向,成立了藥物、疫苗、檢測、溯源、中醫藥等9個工作專班挂圖作戰,先後部署了42個國家應急項目、組織動員全國優勢科技力量來開展疫情防控科技攻關。經過一個多月努力,新冠肺炎疫情防控的向好態勢基本形成。目前,已經有14個檢測產品獲批並應用於臨床,整體檢測水平顯著提高,能滿足國內診斷檢測的需求。科技攻關的一批藥物和救治技術已在救治當中擴大應用。

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  「戰疫」是一場人類與病毒的較量,也是一場科研與時間的賽跑。新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情發生以來,廣大科研工作者全力以赴進行攻關,廣大醫務工作者科學用藥,挽救了更多的生命。截至3月4日,我國治癒人數已超過49000人。同時,民眾強烈期盼特效藥能夠早日問世。本期邀請全球健康藥物研發中心(GHDDI)主任、清華大學藥學院院長丁勝詳解抗病毒藥物研發,闡釋新葯研發的理念、手段和規律。

  新葯研發的背後有一套嚴謹的邏輯和科學機製作為支撐。全球健康藥物研發中心(GHDDI)於2016年成立於北京,是由比爾·蓋茨及梅琳達·蓋茨基金會、清華大學和北京市政府聯合發起成立的一個獨立運營、非營利性質的新葯研發機構。通過匯聚世界頂尖資源、發揮中國獨特優勢,建設世界領先的新葯研發與轉化創新平台,致力於解決包括中國在內的發展中國家面臨的重大疾病挑戰,今年也對我國抗病毒藥物研發作出了重要貢獻。如今,民眾強烈期盼特效藥能夠早日問世。那麼,如何科學研發抗病毒新葯?

針對新冠病毒的藥物研發策略

  新葯研發沒有捷徑,開發一種全新的藥物到最終獲批上市一般至少需要10年的研發周期和10億美元的投入。同時,新葯研發的風險高且失敗率高,是一條漫長的荊棘之路。針對新型冠狀病毒的藥物研發(包括臨床試驗)也是一套完整而嚴謹的科研體系,背後有其自身特定的科學規律和嚴密邏輯作為支撐。

  新型冠狀病毒肺炎疫情來勢兇猛,臨床上亟須做出快速響應並找到有效的治療方案。與此同時,人類與病毒的抗爭更是一場持久戰,在針對新型冠狀病毒的藥物研發中,科研人員需同時做好短期和中長期考慮。

  短期研究重點:面對突發疫情,時間是關鍵。採用「老葯新用」的研發策略,即進一步驗證至少已經完成臨床Ⅰ期的安全性有一定保證的藥物,可以節省臨床前和部分臨床研究時間,大大縮短藥物研發的時間成本,是針對突發性疾病、迅速緩解當前疫情最有效的藥物研發手段。

  中長期研究重點:研髮針對不同人群且對病毒具有良好活性和選擇性的創新療法,以及相應的保護性治療措施是未來的防治關鍵。與此同時,還需盡量減少耐藥性的發生及其影響,以維護這些藥物的療效。

對抗新冠病毒,有哪些潛在療法

  潛在的抗冠狀病毒療法可以分為兩類:一類直接針對新型冠狀病毒,另一類則以人體為導向。由於病毒必須進入宿主細胞內複製才能發揮功能,因而設計抗病毒藥物時,可分別針對病毒侵入宿主細胞並完成生命周期時病毒與細胞受體相互作用、基因複製、轉錄及轉譯等過程中的一系列靶點進行研發。除了上述針對病毒進行藥物研發之外,還可以以人體為導向,針對病毒引起的機體免疫反應尋找治療藥物。在病毒感染的早期,可以通過干擾素或先天免疫受體的激活,適當提高/激活人體自身的免疫來對抗病毒。針對重症晚期/免疫過激患者,由於患者受到自身免疫系統的過激攻擊,則可以考慮使用免疫抑制的藥物或機制來調節。此外,還可以針對宿主和病原體相生相剋的機制/靶點來治療。當前,疾病的主要治療方式包括小分子靶向藥物、生物大分子藥物、基因治療、細胞治療、中藥治療以及醫療器械等,分別在新冠肺炎治療中的潛在應用如下。

  化學小分子靶向藥物:小分子靶向藥物是當前有望用於治療新冠肺炎的藥物類型之一,現已有多個小分子藥物進入臨床試驗階段,需進一步驗證其針對新冠病毒的有效性和安全性。

  第一類:蛋白酶抑製劑

  針對艾滋病毒研發的抗病毒藥物洛匹那韋/利托那韋片(Lopinavir/Ritonavir,商品名:克力芝)能夠有效抑制蛋白酶在病毒複製及病毒發揮功能過程中的重要作用,從而干擾病毒的裝配過程使之不具備傳染性,並最終阻止病毒感染。低劑量的利托那韋可以抑制肝臟對洛匹那韋的分解代謝,達到提高洛匹那韋的生物利用度的效果。因此,聯合使用兩種蛋白酶抑製劑可以有效提高抗病毒治療效果。艾滋病毒與新冠病毒的蛋白酶活性有相似之處,但是靶點結構存在差異。所以此藥物對新冠病毒是否真的有效還需通過嚴謹的臨床驗證,必須謹慎使用。

  第二類:RNA依賴性RNA聚合酶(RdRP)抑製劑

  瑞德西韋(Remdesivir,GS-5734)是一款由吉利德公司開發的核苷類似物,是一種廣譜抗病毒藥物。該葯曾用於抗埃博拉病毒感染的臨床試驗,但結果並不理想。瑞德西韋作用於RdRP,通過抑制病毒RNA複製達到抗病毒效果。既往研究證實瑞德西韋對SARS和MERS具有一定有效性,根據新冠病毒的催化位點結構與SARS及MERS的催化位點結構的相似性,可以推測此藥物針對新冠病毒的作用靶點可能也同樣有效。目前針對瑞德西韋的臨床Ⅲ期試驗已經啟動,預計在今年四月底完成。

  另外一種RdRP抑製劑法維拉韋(原名「法匹拉韋」,Favipiravir)是一類對流感重症和耐葯患者具有很好治療效果的已上市的廣譜抗病毒藥物,同樣可以有效阻止宿主細胞內病毒的複製,目前正在開展針對新冠病毒的臨床研究。

  第三類:靶向宿主的抗病毒藥物

  除以上兩種藥物以外,還有一類能夠通過靶向宿主調節新冠病毒與宿主之間相互作用並有效抑制病毒侵襲人體細胞的小分子藥物,也可能具有一定的治療潛力。其中包括已在臨床上用了70多年的抗瘧葯氯喹,用於自身免疫疾病治療的羥基氯喹,為流感病毒而開發的阿比多爾等。這類藥物針對的是病毒入侵人體細胞、細胞融合作用間的靶點,且安全性也有一定保障。基於當前臨床治療的迫切需求,此類藥物已納入第六版診療方案。

  生物大分子藥物:此類藥物專一性比較高,藥物在體內的持續性、依從性強,但其生產成本高,且由於其只作用於細胞膜和膜外,無法進入細胞內,所以靶點存在局限性。目前在新冠病毒的研究中沒有找到相關的特異性抗體並進行臨床試驗。同時,通過從部分具有足夠濃度有效抗體的新冠肺炎康復者血漿中提取中和抗體,去除潛在有害成分後可以用於治療危重病人,但不大可能大規模推廣。

  基因治療是一種近些年開發出來的疾病治療手段,通常是以轉基因的方式彌補缺失功能的基因或加強基因功能,現已發展了多種方式,比如精準的基因編輯。不過目前還沒有針對新冠病毒的基因療法,這種方法一般是針對慢性的、長期的病毒感染,例如對人體細胞進行基因編輯,從而使病原體喪失對細胞的侵染能力,或通過RNA干擾抑制病毒基因表達等。

  細胞治療也是近些年開發出來的疾病治療手段,其中一種細胞治療手段是補充、取代缺失的細胞,比如使用幹細胞;另外一種是通過移植細胞分泌的細胞因子對機體免疫進行調節,這種方式不是對細胞進行補充或者取代,隨後這種移植的細胞就會消失;還有就是移植的細胞可以靶向攻擊特異有害細胞,比如CAR-T細胞對癌症細胞的特異性識別和清除。細胞治療在新冠肺炎的治療中是有研究的,比如用間充質幹細胞進行免疫調節。未來還可以考慮用特異性的幹細胞進行組織修復和再生;幹細胞來源的類器官可以進行疾病模型建立和藥物篩選等。

  保護型「治療」方法:長期來看,科研工作者需要思考的不僅僅是在感染後如何用藥物治癒病人,還需要研究如何預防人們被病毒感染。保護性治療就是指針對健康人群進行藥物干預的方式,但其對於安全性的要求非常高。比如疫苗,就是一種常見的保護性治療手段。此外,還包括抗病毒藥物保護及免疫調節保護。隨著技術的不斷進步,疫苗的研發速度也越來越快,但研究的風險依然很大。即使在動物實驗完成後,也曾經出現過非但沒有對人群進行保護,反而加重感染的情況。因此依然需要進行嚴格的臨床安全性、有效性評估。在抗病毒藥物的安全性、有效性確定後,有選擇的對這些藥物進行保護性臨床試驗也具有意義。此外,還有可能會面臨著疫情結束後資金投入不足、大規模生產技術成本等問題,距離真正可以投入市場還要等待幾個月甚至幾年的時間。

  醫療器械治療:除了藥物治療外,依靠醫療器械進行的呼吸支持治療,如氧療、有創機械通氣、體外膜肺氧合(ECMO)、循環支持等治療方式在此次新型冠狀病毒肺炎的重症和危重症患者治療中也發揮了重要作用。

  中藥治療:新冠肺炎屬於中醫「疫」病範疇,其研究思路和西藥不一樣,不是針對確定的靶點,而是通過系統性的方式治癒疾病。通過對病人觀察治療的深入,在總結分析全國各地中藥診療方案、梳理篩選各地治療經驗和有效方葯的基礎上,需通過嚴謹的臨床試驗判斷其有效性和安全性。

如何指導臨床用藥救治生命

  目前,還沒有出現官方認可的針對新冠病毒的特效藥,大多數潛在治療方案仍處於臨床試驗階段,其效果還有待進一步觀察和驗證。那麼在特效藥出現之前,人們在臨床用藥上還可以做些什麼?

  對於藥物研發而言,臨床試驗是一個必須經歷的過程。對某種藥物的適應證、安全性和有效性沒有經過充分驗證的情況下,大規模用藥的風險很大。

  然而臨床試驗也面臨著諸多挑戰。以「隨機、對照、雙盲」為特徵的RCT(Randomized controlled trial)試驗是現代醫學驗證藥物療效的「金標準」。但同時也面臨著時間、臨床設計的嚴謹性、對照選擇及隨機分組不合理、樣本量不足、變數控制不充分、臨床結局指標不確定、倫理問題等諸多挑戰,從而有損臨床研究證據質量,造成病例資源浪費,甚至可能影響患者的治療。

  在此情況下,採用真實世界數據(Real world evidence),通過回顧性的隊列研究和病例對照研究,來更多地觀察病人表現,進行初步判斷、數據整合,能夠與RCT試驗進行互補,初步判斷某種藥物是否可能有效,並幫助臨床試驗的制定者改進、優化試驗設計,增強臨床試驗在真實世界的結果可外推性。

  同時,臨床試驗必須嚴格遵循既定的研究策略,規範、科學、有序地開展。但疫情迫切,在尚沒有通過臨床試驗驗證有特效藥的情況下,還可以採用「超標籤使用(指已經上市的藥物,在其已經批准的適應證以外進行使用)」和「同情用藥(指未上市的藥物,特殊情況下在一定範圍內用於治療)」等解決方案,小範圍給葯治療,待有更多臨床證據表明某類藥物對新冠病毒治療的有效性和安全性之後,再討論擴大規模的應用。

  藥物研發是一套完整而嚴謹的科研體系,背後有其自身特定的科學規律和嚴密邏輯作為支撐。針對新冠病毒的藥物研發,短期內可以聚焦「老葯新用」策略,同時搭配高效、合理、優化設計的臨床試驗,輔以嚴謹的其他用藥考量,加速對病患的救治。此外,新疫情的暴發對整個國民經濟造成的損失遠遠大於開發很多個藥物的成本。所以針對這類公共衛生和重大傳染性疾病,早期預備研發極為重要,且有賴於國家層面的中長期戰略布局、統籌規劃、資源合理分配以及可持續性研究投入。

  面對來勢洶洶的新冠肺炎疫情,GHDDI和清華大學藥學院攜手在第一時間正式向全社會研究機構和科研人員開放了相關技術平台和藥物研發資源以及其他新葯研發能力,旨在與社會各界共同加速針對新型冠狀病毒的藥物研發。1月底,針對新型冠狀病毒研究的一站式科研數據與信息共享平台「Targeting 2019-nCoV」已正式上線,內容涵蓋:新冠病毒全球研究進展實時跟蹤,新冠病毒靶點分析、3D建模數據,以及冠狀病毒歷史藥物研發數據下載和藥物研發策略回顧等,相關領域的藥物研發人員、臨床工作者和社會公眾可以實時跟蹤和查詢相關訊息。期待在這些努力之下,我們能夠早日找到有效治療藥物,共克時艱。


權威觀點:治療冠狀病毒感染,新葯開發為啥那麼難?

針對冠狀病毒的創新療法開發,絕非是能夠一蹴而就的工作。這需要大量科研人員,臨床研發人員,乃至患者與醫務人員的共同參與。

1月25日,中科院上海藥物研究所和上海科技大學宣布,一支聯合應急攻關團隊「利用前期抗SARS藥物研究積累的經驗,開展抗2019-nCov藥物研究」,並已找到一批「可能對新型肺炎有治療作用」的分子。消息一經宣布,就立刻在朋友圈刷屏。

葯明康德內容團隊向這些春節假期仍在攻關的科研人員致以崇高敬意,也將在這篇文章中,結合藥物發現領域的權威期刊Nature Reviews Drug Discovery在2016年發表的一篇綜述,和大家分享在抗冠狀病毒藥物研發上可用的策略和潛在的瓶頸。

三大策略開發新葯

本次新型冠狀病毒爆發之前,我們只知道兩種會給人類帶來嚴重健康問題的冠狀病毒,也就是SARS和MERS。在對抗這兩種病毒的過程中,科學家們總結出了三種研發新葯的策略。

第一種策略是測試已有的廣譜抗病毒藥物。過去用於治療冠狀病毒肺炎的干擾素、利巴韋林、以及親環蛋白抑製劑(cyclophilin inhibitors)就屬於這一範疇。這些療法的優點在於早已獲批上市,治療不同的病毒感染,因此其在人體內的代謝特徵,使用的劑量,潛在的療效和副作用都很明確。但缺點在於這些療法過於「廣譜」,不能針對性地治療冠狀病毒。此外,其副作用也不容小視。

第二種策略是利用已有的分子庫和資料庫,篩選可能對冠狀病毒有治療效果的分子。這種策略能夠在很短的時間內進行高通量的篩選,也能夠測試許多原本不會被考慮到的藥物分子,拓展我們的視野。前幾天引發熱議的抗HIV感染藥物洛匹那韋/利托那韋(lopinavir/ritonavir),也屬於這一範疇下找到的療法。但Nature Reviews Drug Discovery的綜述也提到,儘管許多藥物在體外展現出了良好的抗冠狀病毒活性,但往往不具有人體內應用的價值。原因一方面是因為可能會帶來免疫力抑制的副作用,另一方面則是因為藥物起效所需的濃度,往往會超過血清藥物濃度的上限。

▲針對冠狀病毒的基因組,我們有望找到多種不同的靶點(圖片來源:參考資料[1])

第三種策略最為直接——根據不同冠狀病毒的基因組信息和病理特點,有的放矢地從頭開發新葯。理論上說,這些療法的抗冠狀病毒效果會更勝一籌,但它需要驗證不同藥物在人體中的代謝情況和副作用,也需要依次開展動物和人類的臨床試驗,觀察是否安全有效。這一套流程需要耗費數年,乃至10多年的時間。對於急性爆發的疾病而言,顯然是「遠水救不了近火」。

過去有哪些潛在療法?

根據作用對象的不同,潛在的抗冠狀病毒療法可以分為兩類,一類作用於人體免疫系統或人體細胞,一類作用於冠狀病毒。

在人體免疫系統方面,先天免疫系統反應對控制冠狀病毒的複製和感染有著很重要的作用,而干擾素有望增強免疫反應。考慮到冠狀病毒往往會抑制干擾素的效果,提供重組干擾素,或是提供干擾素誘導劑,可能是一個對策。另外,干擾素與利巴韋林聯用,或是與HIV感染藥物洛匹那韋/利托那韋聯用,也曾見於SARS和MERS兩種冠狀病毒的治療。

▲針對人體的部分潛在療法(數據來源:參考資料[1];製圖:葯明康德內容團隊;註:本表格僅作信息分享,不是治療方法推薦。完整表格請訪問參考資料[1];2016年後的數據未收錄)

不過在這篇Nature Reviews Drug Discovery的綜述中,作者也提到,干擾素與利巴韋林的聯合療法,其效果並不穩定。背後的原因可能是等到癥狀發作後,患者才會接受治療。

在人體細胞方面,阻斷病毒複製所需的信號通路,可能起到一定的抗病毒效果。環孢素(cyclosporine)就屬於這一範疇。但由於這種藥物會抑制人體的免疫力,所以使用條件較為有限。沒有免疫抑制副作用的同類藥物,可能有著治療的潛力。

另外,病毒為了進入人體細胞,往往會結合到一些細胞表面的受體蛋白上。譬如SARS病毒結合的是ACE2受體,而MERS結合的是DPP4受體。先前,人們已經針對這些受體,開發了一些在研的藥物,其中一些的安全性已經得到了評估。在抑制冠狀病毒方面,它們的效果也值得期待。

▲針對冠狀病毒的部分潛在療法(數據來源:參考資料[1];製圖:葯明康德內容團隊;註:本表格僅作信息分享,不是治療方法推薦。完整表格請訪問參考資料[1];2016年後的數據未收錄)

而作用於冠狀病毒本身的療法,則可以根據具體的作用途徑分為幾類:有一些作用於病毒的遺傳物質,阻止病毒RNA的合成;有一些作用於對病毒來說很關鍵的酶,進一步抑制病毒的複製;還有一些作用於病毒的結構蛋白,阻斷病毒與人類細胞受體的結合,或是抑制病毒的自我組裝過程。但正如上文所言,針對病毒進行的新葯開發流程較長,許多還沒有進入人體臨床試驗。

這裡我們也提醒各位讀者,以上這些潛在療法均針對SARS和MERS兩種冠狀病毒,且綜述論文的更新時間為2016年,不代表它們同樣具有治療本次新型冠狀病毒的潛力。因此以上提到的各種療法,只做信息分析和參考,不是具體的醫療建議。

新葯開發的瓶頸

在這篇Nature Reviews Drug Discovery的綜述里,作者們也提到了在治療冠狀病毒感染上,新葯研發存在的種種瓶頸。首先,我們缺乏合適的動物模型。要知道,我們篩選出的許多新葯分子,很多都沒有在人體內使用的先例,因此大規模的安全性和有效性研究必不可少。為此,我們需要多種小型動物模型,以及非人的靈長類動物模型。雖然科學家們曾進行了大量的開發,但很多靈長類動物模型並不能反映出冠狀病毒感染的所有特徵,因此參考價值有限。

第二個瓶頸在於藥物本身特性的限制。一些藥物無法在人體內達到起效的所需濃度,另一些藥物則會帶來難以接受的副作用。而冠狀病毒的多樣性和易突變性,又決定了針對一種冠狀病毒開發的藥物,未必適用於其他的冠狀病毒。也就是說,我們花了數年時間開發的新葯,在新型冠狀病毒面前,可能依舊無能為力,或效果甚微。

▲部分用於治療SARS的療法(數據來源:參考資料[1];製圖:葯明康德內容團隊;註:本表格僅作信息分享,不是治療方法推薦。完整表格請訪問參考資料[1];2016年後的數據未收錄)

第三個瓶頸則在於臨床試驗的設計。從過去的經驗看,在SARS和MERS之外的冠狀病毒,只會引起極為輕微的癥狀。即便是SARS病毒,也在10多年前絕跡後,無新的病例報道。而MERS病毒雖然依舊偶有病例發生,但病例都非常分散。這些都給臨床試驗的設計帶來了困難。無法有效招募到足夠的患者,無法進行變數控制,我們也就無法測試這些新葯究竟有多好的療效。

結語

我們再次感謝所有尋找潛在療法的科學家,也期待在這些努力之下,我們能夠早日找到有效治療新型冠狀病毒肺炎的好方法,共克時艱!

參考資料:

[1] Zumla, A., Chan, J., Azhar, E. et al. Coronaviruses — drug discovery and therapeutic options. Nat Rev Drug Discov 15, 327–347 (2016). https://doi.org/10.1038/nrd.2015.37

本文題圖來自Public Domain

註:本文旨在介紹醫藥健康研究進展,不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導,請前往正規醫院就診。

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本回答分為兩部分:一是回顧對2019-nCoV的研究,二是關於新型肺炎藥物的國內進展及研發策略。希望可以給各位在新型肺炎藥物研發上提供一些參考。

一、2019-nCoV的簡要回顧

目前的研究表明,新型肺炎是指由新型冠狀病毒(2019-nCoV)引起的呼吸道疾病。因此,新型肺炎藥物的研製離不開對2019-nCoV的認識

2020年2月3日,上海公共衛生臨床中心、復旦大學公共衛生學院張永振教授團隊和中科院武漢病毒研究所石正麗教授團隊分別在Nature上發表文章A new coronavirus associated with human respiratory disease in ChinaA pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin,報道了此次武漢新型冠狀病毒。

這篇文章確定了新型冠狀病毒的基因組(註:張永振教授是第一位公布該病毒序列的科研工作者,1月10日公布序列,病毒完整基因組已存入GenBank,登記號為MN908947)。

而石正麗團隊的這篇文章,發現七個被鑒定和測序出的非結構性蛋白也存在於SARS冠狀病毒中,表明該病毒是一種與SARS相關的冠狀病毒,將其命名為新型冠狀病毒2019(2019-nCoV)。此外,確認了2019-nCoV進入細胞的路徑與SARS冠狀病毒一樣,即通過ACE2細胞受體

冠狀病毒主要通過S蛋白上的受體結合結構域與細胞受體特異性結合,結合後,誘導S蛋白構象發生改變,介導病毒包膜與細胞膜發生融合,使病毒核衣殼進入細胞內進行後續病毒的複製。

血管緊張素轉換酶2(ACE2)是SARS-CoV受體。ACE2與S蛋白相互作用,可能也介導2019-nCoV感染肺Ⅱ型肺泡細胞

通過以上兩篇Nature文章,我們知道了這是個什麼病毒,同時,我們也知道了這個病毒進入細胞的可能方式,這對於我們認識一個新的病毒來說,是非常重要的,對藥物研發也一樣。(更多關於2019-nCoV的信息,詳見本回答結尾附上的BioArt的報道)

二、關於新型肺炎藥物的國內進展及研發策略

目前,隔離新冠病毒感染者是控制疫情的主要辦法,而最終可以控制疫情進而預防2019-nCoV感染的是使用保護性疫苗。儘管疫苗的開發迫在眉睫,但目前還沒有找到合適的新冠病毒的治療方案。

2020年2月7日,Robert L. Kruse(約翰斯·霍普金斯醫院)在F000 Research發表文章《Therapeutic strategies in an outbreak scenario to treat the novel coronavirus originating in Wuhan, China》,探討了治療2019-nCoV感染的潛在方案。本文總結了新冠病毒的潛在治療策略,主要包括:已有藥物的再開發利用;中和性單克隆抗體療法;靶向病毒RNA的寡核苷酸策略;開發可溶性病毒受體蛋白(ACE2-Fc)。(註:該文還在等待同行評審,目前還不是終稿)

  1. 重新利用現有的抗病毒藥物

對抗2019-nCoV的理想藥物是小分子藥物,它們可以抑制病毒生命周期的不同方面,最終抑制病毒的複製兩類潛在的靶點是病毒聚合酶和蛋白酶抑製劑,目前主要是用來抗人類免疫缺陷病毒(HIV)和丙肝病毒(HCV)。臨床醫生們已經用各種不同的抗病毒藥物進行了初步的臨床研究。在以前的每次病毒爆發中都是採取這種方法,但是效果不明顯。

一名患者於1月25日抵達武漢紅十字醫院。武漢的科學家們已經開始了一項研究,測試現有的抗病毒藥物抵抗新型冠狀病毒的能力。圖片來自HECTOR RETAMAL/AFP/GETTY IMAGES

Lancet雜誌1月24日的報道,武漢市金銀潭醫院已經對首批41名患者進行了聯合使用洛匹那韋(lopinavir)和利托那韋(ritonavir)這兩種抗艾滋病藥物的試驗,藥物的靶標是一種蛋白酶。(詳見BioArt的回答:1 月 29 日全國新型肺炎確診 7711 例,死亡 170 例,目前的防治情況怎麼樣了?)。有初步報道稱,作為HIV蛋白酶抑製劑的洛匹那韋和利托那韋對2019-nCoV有一定的臨床療效。

2020年2月4日,中國科學院武漢病毒研究所/生物安全大科學研究中心與軍事科學院軍事醫學研究院國家應急防控藥物工程技術研究中心開展聯合研究,在抑制2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)藥物篩選方面取得重要進展。相關研究成果以「Remdesivir and Chloroquine effectively inhibit the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) in vitro」(《瑞德西韋和磷酸氯喹能在體外有效抑制新型冠狀病毒(2019-nCoV)》)為題發表在中國自主知識產權的國際知名學術期刊Cell Research(《細胞研究》)上。(註:瑞德西韋(Remdesivir,GS-5734)是核苷類似物,目前在剛果(金)開展治療埃博拉出血熱的Ⅱ和Ⅲ期臨床研究。)

該文的更多信息見BioArt的回答:美國首例新冠病毒患者使用未獲批葯 remdesivir(瑞德西韋)後大幅好轉,它有望成為病毒剋星嗎?

2. 中和新冠病毒抗體的開發

針對2019-nCoV病毒表面S蛋白的中和抗體的開發是研究人員首先考慮的治療方法,其為疾病提供被動免疫。研究人員可通過最近發表的2019-nCoV基因組序列(GenBank:MN908947.3)進行基因合成,並表達S蛋白作為免疫原開發抗體。傳統上,採用小鼠或兔子來產生中和抗體,可這對於快速蔓延的疫情治療而言,顯得非常緩慢。建議使用表達抗體片段的噬菌體或酵母菌展示文庫等更快的方法,這可以很快地用於確定中和病毒的候選先導物。

然而,任何抗體的產生都需要在細胞培養和動物模型中進行嚴格測試,以確認抗體能中和2019-nCoV並預防感染。此外,需要對在人群中傳播的幾個分離株進行檢測,以評估中和抗體是否具有足夠的覆蓋度。此外,最終可能需要多種抗體聯合治療,以確保充分保護患者,而這將增加配方的複雜性和製造。在較低等的生物體中(細菌、酵母、昆蟲細胞)表達蛋白將有助於加快對患者的治療。

產生針對2019-nCoV S蛋白的中和抗體的另一種策略是用2019-nCoV S蛋白免疫大型動物(綿羊,山羊,牛),然後純化得到多克隆抗體。這種策略可以提供快速治療方案並且具有多種優勢,例如簡化生產和製造,但是並不能保證每種動物都能產生中和性的血清,也不能保證每種動物的抗體效價。此外,還需要考慮人類對針對其他物種產生的免疫球蛋白的免疫反應,這可能會使得任何治療方案複雜化。

最近發表在Cellular Molecular Immunology上的一篇文章發現,由於序列相似以及功能性基序極為保守,兩個重要結構域HR1和HR2在新型冠狀病毒的融合感染細胞的過程中發揮著非常關鍵的作用,而且新型冠狀病毒膜融合的方式可能與非典型肺炎SARS類似(圖1)。SARS作用於人血管緊張素轉化酶2(Angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)並以此作為受體感染人類細胞,SARS中S蛋白S2亞基中兩個結構域相互作用形成螺旋束進而將病毒與細胞膜之間的距離拉近,促進病毒感染細胞【1】。

圖1 新型冠狀病毒感染細胞的模式圖以及可能的抑制作用靶點

除此之外,該研究中通過細胞實驗發現新型冠狀病毒中與SARS和MERS相比保守的功能基序可能可以作為抑制新型冠狀病毒感染的靶點。

3. 開發針對2019-nCoV RNA 的寡核苷酸

除了靶向2019-nCoV的表面蛋白外,還可以靶向RNA基因組本身進行降解。可以根據最新發表的2019-nCoV的RNA基因組序列(Gen-Bank:MN908947.3)設計小干擾RNA(siRNA)或反義寡核苷酸(ASO)靶向病毒的基因組

小干擾RNA(siRNA)治療的機制(示例)。圖源https://www.grepmed.com/images/411/porphyria-pathophys-therapy-sirna-honc-nejm

然而,這一策略面臨多重挑戰。

首先,2019-nCoV的保守RNA序列尚不清楚。而識別保守序列是優化siRNA的靶向性和避免病毒逃逸的關鍵。可以通過觀察2019-nCoV與SARS病毒的基因同源性來比較保守序列,但是這仍然只是猜測而已。

第二個挑戰是,如何將寡核苷酸送至肺部。脂質納米顆粒等運載體的研究已經取得較大進展,這些運載體可以介導藥物進入肺部組織。然而,目前尚不清楚是否有足夠的siRNA或ASO在肺部發揮作用,以阻止感染或改變其臨床病程。例如,如果肺組織中有25%的肺泡上皮細胞含有siRNA或ASO基因,這種效率在傳統基因治療中已經非常高了,但在病毒感染中幾乎沒有任何作用。

這也可能解釋了為什麼針對埃博拉病毒的候選siRNA在25次試驗中失敗,儘管在臨床前動物模型中取得了重大成功。最後,即使假設siRNA在臨床上是有效的,將siRNA藥物的生產規模擴大到大量感染人群是不太可能的。目前siRNA和ASO的治療主要針對罕見疾病,沒有現成的資源來快速生產核酸藥物。


在2019-nCoV爆發期間,對抗該病毒最簡單、最直接的方法就是採用抗體中和病毒。而由於上面提到的原因,在討論中和抗體時,很難快速驗證廣泛中和的抗體,並面臨一個挑戰,確保變異的RNA病毒不會逃脫抗體的中和作用

然而,還有另一種不依賴於直接作用病毒糖蛋白的策略,即可以通過靶向細胞表達的病毒受體蛋白來獲得中和效果,從而阻止病毒結合併進入細胞

研究已發現,2019-nCoV的細胞受體為血管緊張素轉換酶2(ACE2),該受體也是SARS病毒進入細胞的受體。對於這兩種冠狀病毒都是通過其病毒顆粒S蛋白與ACE2受體結合,接著膜膜融合,病毒RNA釋放進入宿主細胞並利用宿主細胞進行複製,產生新的病毒,分泌出去感染其他細胞。基於SARS與2019-nCoV都採用ACE2受體,而又有幾種潛在的阻斷策略在SARS模型中被證明是有效的,因此,這為2019-nCoV的治療策略提供了新的思路和研究方向。

4. 與ACE2受體結合的阻滯劑

第一種策略即給患者使用一種與ACE2受體結合的藥物這種方法的優點為宿主的ACE2蛋白不會發生變化,所以不用擔心藥物的結合。此外,在本次暴發疫情期間,病毒不會發生突變去結合新的宿主受體分子,這種功能結合關係是通過長期的進化而來的。舉個例子,流感病毒每年都會突變以逃避抗體的中和作用,但其總是將細胞表面的唾液酸作為其進入細胞的受體。

已知有兩種方法可與ACE2結合。

第一種方法,使用來自SARS病毒的S蛋白的受體結合域(RBD),其已被證明是SARS結合ACE2受體的關鍵結構域。該受體結合域由193個氨基酸組成,在體外已經證明其可以有效地阻止SARS進入細胞。有理由認為,SARS的RBD給予患者,從而結合靶細胞的ACE2蛋白,阻止感染的發生(圖1)。同樣,2019-nCoV的RBD也有可能被用於治療。這種方法是假設SARS和2019-nCoV在ACE2上具有相同的結合位點。

此外,RBD蛋白可以融合Fc片段,MERS病毒RBD-Fc融合蛋白既能阻止病毒感染細胞的能力,又能增強小鼠對特定病毒的免疫反應。值得注意的是,由於RBD-Fc融合後會與正常細胞結合,因此可將Fc片段與細胞結合部分進行突變進而清除RBD-Fc與正常細胞結合的能力。

然而,SARS RBD的使用可能導致人體對SARS蛋白產生免疫反應,最終在2019-nCoV感染期間,人體對SARS和2019-nCoV同時產生免疫應答。最好的方法就是利用2019-nCoV自身同源的RBD來治療

第二種方法,使用一種可與ACE2受體結合的抗體,從而預防2019-nCoV的感染。這種方法在阻止SARS的進入和複製是非常有效的。雖然目前沒有ACE2的抗體序列,但通過雜交瘤單克隆抗體技術可以很快表達出來。

此外,細胞本身也會不斷更新ACE2受體,這將影響藥物的給葯頻率。為了解決這個問題,可以在感染的關鍵部位如肺部,通過霧化的方法增加ACE2抗體的治療濃度。然而這種直接與ACE2結合的方式可能會導致肺部組織生理功能發生變化,加重疾病的發生。一項研究發現,SARS RBD與Fc融合蛋白給予小鼠後,其與ACE2結合導致肺泡水腫。

這就表明,如果想採用這種策略,最好在感染早期或者作為預防措施來阻止病毒的感染。

圖1 可用於阻止2019-nCoV感染的治療藥物。ACE2主要表達於人體的肺部組織和胃腸道組織。冠狀病毒表面的S蛋白與感染細胞上的ACE2結合,使病毒核酸進入宿主細胞。

5. ACE2免疫黏附分子

另一種方式,就是設計一類類似抗體的分子,這種分子可以與冠狀病毒本身結合,可表達可溶性的ACE2受體蛋白,其能與2019-nCoV的S蛋白結合進而中和病毒(圖1)。在對SARS病毒研究中發現,這種方法是非常可靠的。可溶性的ACE2受體蛋白可以降低SARS病毒感染細胞的能力。

據報道,可溶性ACE2受體蛋白對SARS S蛋白的親和力僅1.7nM,與單抗的親和力相當,而2019-nCoV與ACE2有相似的親和力。為了臨床治療效果,需要將可溶性的ACE2受體蛋白與Fc片段融合(ACE2-Fc),ACE2-Fc既延長了分子半衰期又能招募免疫系統效應分子對抗病毒。之前的體外研究表明,ACE2胞外區與人源IgG1結構域融合形成的分子(ACE2-NN-Ig)能有效的中和SARS病毒,其IC50為2nM。這項研究為ACE2-Fc在體外抑制2019-nCoV提供了有力證據。

此種方法的另一個優勢,是可以治療肺炎等疾病。部分患者感染SARS或2019-nCoV後發生肺炎、肺水腫及ARDS等癥狀。病毒通過S蛋白介導ACE2蛋白脫落、降低ACE2蛋白表達進而引起ARDS。已有結果表明,重組ACE2蛋白可通過降低血管緊張素II水平改善急性肺損傷。重組ACE2蛋白還可減少呼吸道合胞病毒(RSV)和H5N1流感感染模型中的ARDS。基於這些臨床前研究,重組人ACE2蛋白已經進入臨床研究,用於治療ARDS的危重症病人。臨床一期結果表明,rhACE2具有良好的耐受性,對心血管系統無影響。二期臨床結果表明,rhACE2能有效降低Ang(1-8)肽水平而對呼吸系統參數無顯著影響。ACE2-Fc能否緩解2019-nCoV患者的ARDS,還有待觀察

圖2 ACE2-Fc融合蛋白。ACE2的胞外結構域與免疫球蛋白Fc結合

研究表明,ACE2蛋白的18-615氨基酸片段既能結合SARS S蛋白,也能發揮其ACE2轉化肽酶的功能。

目前我們還不知道2019-nCoV S蛋白的結構,也不知道其如何與ACE2受體結合,但我們有充分理由推測,SARS病毒利用的ACE2蛋白結構域也能與2019-nCoV結合。而Fc片段的融合大大延長了藥物的半衰期。此外,與之前提到的ACE2阻滯劑不同的是,Fc片段的效應分子功能仍被保留,其能招募樹突狀細胞、巨噬細胞和自然殺傷細胞對抗病毒感染,這有助於更快激活機體抗病毒反應

圖3. ACE2-Fc融合蛋白的氨基酸序列。

ACE2-Fc的蛋白質序列如圖3所示。可以考慮採用不同的人Fc結構域(IgG1,IgG2,IgG3或IgG4)。開發ACE2-Fc蛋白可以作為未來SARS、2019-nCoV、其他新型冠狀病毒任何使用ACE2受體方式進入細胞的病毒的治療方式。此外,可構建冠狀病毒感染的動物模型,評估ACE2-Fc蛋白的治療作用。

總之,ACE2-Fc有潛力成為醫療工作者預防和治療2019-nCoV感染所需的中和抗體。如果儘快根據上述序列表達蛋白,ACE2-Fc將在控制疫情過程中起著重要的作用。如果希望研發一個分子既能實現受體阻斷又實現疫苗功能,即可開發2019-nCoV RBD-Fc融合蛋白。

原文:https://f1000research.com/articles/9-72#ref-12

關於2019-nCoV,可見BioArt之前的報道:

BioArt生物藝術:2019-nCoV 受體ACE2的雙重作用及潛在治療策略

BioArt生物藝術:關於武漢新型冠狀病毒,Nature背靠背發表張永振、石正麗團隊的研究成果

BioArt生物藝術:徐建青/曹志偉團隊揭示新冠狀病毒與SARS存在交叉保護表位,有望推動冠狀病毒通用型疫苗研發

BioArt生物藝術:bioRxiv | 單細胞測序分析技術進一步揭示新型冠狀病毒受體的組織和人群特徵分布情況

BioArt生物藝術:新型冠狀病毒核酸檢測引物和探針序列

編譯:blingbling Matteo


1月24日浙江省疾控中心成功分離到新型冠狀病毒毒株。新冠肺炎檢測時間有望從3小時縮短到15分鐘。

1月25日,中科院上海藥物研究所和上海科技大學宣布,一支聯合應急攻關團隊「利用前期抗SARS藥物研究積累的經驗,開展抗2019-nCov藥物研究」,並已找到一批「可能對新型肺炎有治療作用」的分子。

1月26日晚,國家葯監局應急審批通過4家企業4個新型冠狀病毒檢測產品,進一步擴大新型冠狀病毒核酸檢測試劑供給能力,全力服務疫情防控需要。

同一時間,武漢協和醫院11名醫護人員,經過治療後,新型冠狀病毒核酸檢測結果轉陰,臨床癥狀得到控制,不再出現發熱等情況。

對於新冠病毒的藥物研究,目前已經取得了很大的進展。而對於新型肺炎藥物研製需要多久這一問題,可能要從一種抗冠狀病毒新葯的研發策略開始了解。

在普通人眼中,既然已經發現了引發疾病的冠狀病毒,那就在實驗室里設計一種化學物質,讓它能幹掉這些病毒就行了吧。

實際上,問題要比想像中複雜得多。

如果只需要能殺死冠狀病毒,那在實驗室中要實現簡直太簡單了,濃度為75%的酒精就行。除此之外,濃硫酸、火鹼……各種極端性質的化學物質都可以幹掉冠狀病毒。

但它們都沒辦法被製成藥品給人類使用。因為藥品有兩個基本的特性需要保證,能夠抑制或殺滅病原體的同時,還需要保證人體自身安全。顯然這些極端化學物質都不合適。

找到合適的化合物,目前僅有三條路可走。

1.先試試已經在用的舊藥

第一種策略是測試已有的廣譜抗病毒藥物,看看其中是不是有藥物對新型冠狀病毒有抑制或殺滅作用。

過去曾被用於治療冠狀病毒肺炎的藥物包括干擾素、利巴韋林、以及一些親環蛋白抑製劑。

這些藥物因為早已獲批上市,也曾經被應用於治療不同的病毒感染,因此,這些藥物在人體內的代謝特徵、使用的劑量和不良反應都很明確。

唯一不明確的就是「療效」,這些抗病毒藥物都是「廣譜」的,並非針對冠狀病毒發揮作用,尤其是引發此次武漢疫情的新型冠狀病毒,算是一種新病毒,廣譜抗病毒藥物能否有效果,還是個未知數,需要逐一詳細試驗過才能知道。

2.再試試所有已經發現的分子

第二種策略是利用人類已知的龐大分子資料庫,篩選可能對冠狀病毒有治療效果的分子。就像給所有已知分子物質過篩,這種策略可以在很短的時間內大量篩選化合物,也能夠測試許多原本不會被考慮到的藥物分子。

比如,抗艾滋病毒HIV感染藥物洛匹那韋/利托那韋,此前就通過這樣的篩選機制被發現。藥物學家在篩選時意外發現原本認為只對HIV有用的藥物,居然對新型冠狀病毒可能也有用,於是大膽嘗試了一下,發現在實驗室里確實能有效抑制新型冠狀病毒在細胞間內傳播,真是意外之喜。目前,這種藥物已經被北京市衛健委推薦用於在適當情況下治療新型冠狀病毒感染患者。

不過,這條策略的效率並沒有想像中高,許多分子雖然會被篩選出來,甚至在體外實驗中展現出了良好的抗冠狀病毒活性,但大多數都無法製成可以用於人體的藥物。原因一方面是這些分子往往有很強的副作用,另一方面則是這些分子能夠抑制或殺滅冠狀病毒所需的總量,往往會超過人體能夠承受的上限。

3.第三種策略可能更符合大家的想像,那就是分析測定新型冠狀病毒的基因序列,針對其特徵,有針對性地開發新的化合物。

這種方法最直擊根本,所開發的藥物也肯定在對抗新型冠狀病毒的效果方面更勝一籌。

但是,它的最大劣勢就是耗費周期極長,且成本極高。10年10億美元的新葯研發數字可能很多人都聽說過,一種化合物需要從基因靶點的篩選開始,到化合物設計,再通過化學手段製備出來,還需要在實驗室及人體中反覆研究代謝規律和作用,更需要依次開展動物和人體的臨床試驗,觀察是否安全有效。這一套流程走下來,能成功到達終點的藥物可能只有1%甚至更少,而且需要耗費10多年的時間,投入大量資源。

對於此次武漢新冠狀病毒感染疫情這種急性爆發傳染病來說,顯然是「遠水救不了近火」。

很多人不理解為什麼不提前研製針對冠狀病毒的特效藥?這樣一旦疫情出現,直接就可以用了啊。

這對藥物學家來說要求實在太高了。人類目前已知病毒有4958種,這還沒包括此次出現的新型冠狀病毒,而這將近5000種病毒,只是病毒種類中的「滄海一粟」。本次新型冠狀病毒爆發之前,藥物學家們只知道2種會給人類帶來嚴重健康問題的冠狀病毒,也就是SARS和MERS,任何一種新出現的對人類有嚴重致病性的新型病毒,對藥物學家們來說也都是陌生的新物種。期待能夠預先判斷致病的病毒並提前研製藥物,顯然是不現實的。

綜合來說,短期內,通過篩選已經在臨床應用的老葯,找到對新型冠狀病毒有用的一些藥物,還是有可能的,不過能有多大效果,不太好說;而針對新型冠狀病毒單獨開發特效藥,時間上確實是來不及的。

針對武漢新型冠狀病毒的特效藥物開發,不可能一蹴而就,這需要大量藥物理論研究專家、藥物化學和藥物代謝專家、臨床研發專家、產業化專家,乃至大量患者與醫務人員的共同參與才有可能完成。

在特效藥物還沒研製成功之前,全社會動員起來做好個人防護等預防措施,通過公共衛生措施控制傳染源、阻斷傳播途徑,才是控制新型冠狀病毒感染疫情的最好方式。

參考文獻

[1] Zumla, A., Chan, J., Azhar, E. et al. Coronaviruses — drug discovery and therapeutic options. Nat Rev Drug Discov 15, 327–347 (2016).


最後,可以參考國家火速批准4個病毒檢測產品!新型冠狀病毒肺炎怎樣確診?病毒核酸給出答案!,做進一步了解


法匹拉韋

法匹拉韋是一種新型RNA依賴的RNA聚合酶(RdRp)抑製劑,屬廣譜抗RNA病毒藥物,而新冠病毒屬於RNA單鏈病毒。法匹拉韋此前並未進入中國市場,它最早由日本富山化學工業株式會社研發,並於1999年8月18日對法匹拉韋進行了最早的化合物專利申請。該藥物於2014年3月在日本批准上市,用於甲型、乙型流感的抗病毒治療。2019年8月,法匹拉韋的化合物專利正式到期。

由海正葯業生產的仿製葯已於2月15日獲中國CDE批准上市,但對於新冠病毒到底是否有效,仍有待進一步臨床試驗證實。

瑞德西韋 Remdesivir

瑞德西韋的作用機制也是抑制RNA聚合酶,屬於廣譜抗病毒藥物,此前研發用於治療埃博拉病毒,但並不成功。就目前的體外試驗來看,是目前治療新冠病毒最有希望的藥物,已經在多個國家開展臨床III期試驗了,包括中國、美國和韓國。

mRNA-1273

moderna宣稱其mRNA疫苗mRNA-1273已經完成臨床前研發,其針對的靶點是新冠病毒的S蛋白,準備於3月19日開始臨床1期試驗,來驗證其安全性和免疫性。


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