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抗新冠病毒感染潜在药物作用靶点和潜在治疗药物研究综述

发布时间:2020-06-08 15:37:53 | 来源:【药物研发团队 2020-06-08】
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新冠病毒导致了全球前所未有的疫情,也促进了人类前所未有的努力和全球协作。截至目前,已经发布了1000多个新冠病毒基因组,发表了成千上万篇相关研究论文,新冠病毒感染疾病的病理学、病原学、临床医学、医学诊断学、医学检验学、基因组学、蛋白质组学、转录组学以及化学组学、代谢组学和药物作用靶点等被不断揭示,为疫情防控和相关治疗药物及疫苗研发提供了强有力的科学支撑。

一、新冠病毒

新冠病毒属于正义单链RNA病毒。我们用拆解法来理解这个概念。病毒是指无法凭借自身繁殖,只能依靠“寄生”于宿主细胞,才能生存和繁衍的一种介于生命体和非生物体的有机体。病毒最基本的构成包括核酸(RNA或者DNA,是病毒的遗传物质)以及蛋白质组成的外壳。单链RNA是指病毒的核酸为单链RNA。正义是相对于负义而言的,正义的单链RNA可以直接被核糖体(可以读取mRNA序列所包含的遗传信息,并使之转化为蛋白质中氨基酸的序列信息,以合成蛋白质)翻译,生成病毒所需要的蛋白质。

总而言之,新冠病毒就是一种遗传物质为单链RNA,且其可以直接被宿主细胞的核糖体翻译成蛋白质的病毒。

二、新冠病毒感染细胞的机制

新冠病毒在通过皮肤黏膜进入体内后,想要进入细胞,首先需要和受体结合。科学家通过研究发现,新冠病毒是使用自己的刺突蛋白(简称S蛋白),与细胞上的血管紧张素转化酶2(简称ACE2)受体结合来完成的。怎么理解呢?这个过程就好像用钥匙开门一样,细胞膜是一扇大门,受体ACE2是门上的锁,病毒的S蛋白则是钥匙。当钥匙插入锁里以后,细胞膜的大门被打开,病毒就能进去了。在两者结合以后,细胞膜对病毒进行吸附和内化,病毒进入细胞质后脱壳,释放基因组。

在基因组被释放入细胞质以后,病毒的RNA会与宿主细胞的核糖体结合,开始翻译出两串长长的像糖葫芦一样的蛋白质。紧接着,蛋白质水解酶就像一把小剪刀一样,把这两串蛋白质剪切开,成为了病毒继续组装、复制的酶和蛋白质。

新生成的酶中有一个叫RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp),它的作用就是复制形成新的病毒RNA。RdRp复制正义链,产生负义链,再以负义链为模板,生成大量的正义链,完成了RNA的复制。新的病毒RNA和通过水解酶产生的蛋白质结合,组装成了大量的新的病毒,并从原宿主细胞中释放出来,继续去狩猎新的目标,感染其他细胞和/或其他宿主。

以上就是新冠病毒进入细胞、完成繁殖的机制,也就是新冠病毒感染的机制。理解了这些机制,我们就可以从新冠病毒感染宿主的机制着手,看一看有哪些环节是可以通过药物来进行干预的。

三、抗新冠病毒感染潜在药物作用靶点

大体来说,抗新冠病毒感染的药物作用机制可以归纳为两大类,一类是阻止病毒和宿主细胞结合,另一类是阻止新病毒在宿主细胞内的产生。如果要阻止病毒和宿主细胞结合,那么作用的靶位就是S蛋白或者ACE2等。如果要阻止新病毒的产生,那么作用的靶位就是RdRp或者蛋白质水解酶等。

科学家们利用生物信息学和结构基因组学的方法系统性分析了新冠病毒(SARS-CoV-2)所有基因编码的蛋白质,并且将基因序列与SARS-CoV和MARS-CoV等冠状病毒进行了比对,通过同源建模的方法构建了19个新冠病毒蛋白和1个人类宿主的蛋白的同源结构,基本涵盖了对于冠状病毒RNA复制、翻译、结构组成、入侵宿主细胞以及干扰宿主固有免疫等至关重要的所有蛋白靶点,对于进一步发现特异性靶向新冠病毒的抑制剂提供了理论基础。

科学家们详细分析了对于冠状病毒至关重要的靶点的筛选结果,包括3C样蛋白酶(3-chymotrypsin-like protease,3CLpro)、木瓜样蛋白酶(papain like protease,PLpro)RNA聚合酶(RNA polymerase,RdRp)S蛋白(Spike)、人类受体ACE2酶、人类蛋白酶TMPRSS2等,并从蝙蝠基因组学研究发现广谱抗病毒药物靶点和抗新冠病毒潜在药物分子。

病毒与宿主细胞识别和结合相关靶点

1、血管紧张素转换酶2(ACE2)

ACE2是一种细胞表面受体和肽酶,可切割血管紧张素II和其他肽激素。ACE2是SARS冠状病毒刺突蛋白的已知结合物。现在,新的功能研究表明ACE2也是SARS-CoV-2进入宿主细胞的公认受体。稳定表达ACE2的细胞系被SARS-CoV-2病毒高度转导,而用抗ACE2抗体治疗可减少病毒进入。这些发现使ACE2-spike相互作用成为抗病毒治疗的理想靶标。

2、跨膜丝氨酸蛋白酶2(TMPRSS2)

TMPRSS2是一种已知可切割ACE2和冠状病毒突刺蛋白的细胞表面蛋白酶。其对ACE2的切割促进了病毒的入侵,而对刺突的切割则引发了病毒颗粒,用于膜融合进入宿主细胞。最近的研究证实,TMPRSS2酶活性是肺细胞SARS-CoV-2感染的必要条件,抑制TMPRSS2可以减少病毒进入细胞。

3、弗林蛋白酶(Furin)

弗林蛋白酶是一种蛋白酶,可将无活性的前体蛋白裂解为有生物活性产物。值得注意的是,它可以裂解病毒包膜蛋白,包括HIV、流感、登革热病毒、埃博拉病毒和某些冠状病毒。尽管在SARS冠状病毒中未发现弗林蛋白酶特异性切割位点,但已在SARS-CoV-2穗蛋白的蛋白序列中发现了一个位点。自从提出弗林蛋白酶抑制剂以来,人们一直在寻找新的SARS-CoV-2治疗药物。

4、CD147

CD147是细胞表面糖蛋白,属于免疫球蛋白超家族。分化簇147(也称为Basigin和EMMPRIN)被认为是SARS-CoV-2突刺蛋白的可能替代受体。一种称为meplazumab的抗CD147抗体可抑制病毒感染。据报道,SARS-CoV-2会感染表达低水平ACE2的T淋巴细胞,从而支持CD147作为替代进入受体的可能性。

病毒进入宿主细胞途径相关靶点

除了与宿主细胞膜直接融合外,SARS-CoV-2还可以通过内吞作用进入。该途径涉及了病毒参与内体形成的关键蛋白。

1、磷脂酰肌醇3-磷酸5-激酶(PIKFYVE)

胞吞作用是病毒进入宿主细胞的另一种方式,部分受磷酸肌醇脂质调节。PIKFYVE激酶合成了早期内体所需的一类磷酸肌醇。已经发现PIKFYVE的活性是SARS-CoV-2通过内吞作用感染人细胞的必要条件。PIKFYVE抑制剂阻止SARS-CoV-2进入人体细胞。

2、通道蛋白(TPC2)

TPC2在人体内编码为TPCN2,是在溶酶体膜中表达并被磷酸肌醇激活的钙通道相关蛋白。据报道,TPC2在SARS-CoV-2的内吞作用中必不可少,抑制TPC2可减少病毒进入细胞。

3、组织蛋白酶L(CTSL)

组织蛋白酶L是一种溶酶体pH依赖性蛋白酶,已知它可以通过引发病毒进行膜融合而介导SARS-CoV进入细胞,抑制CTSL可降低SARS-CoV-2对细胞的感染。

4、液泡型H+ATPase(V-ATPase)

V-ATPases充当质子泵,将质子驱动到内体和溶酶体中,从而降低了pH值。pH依赖性蛋白酶(例如组织蛋白酶)需要在酸性环境中才能完成SARS-CoV-2的内吞作用,抑制V-ATPases可以阻止SARS-CoV-2对细胞的感染。

病毒复制相关靶点

提取病毒基因组RNA后,多蛋白和成熟的非结构蛋白被翻译和加工。多亚基复制酶-转录酶复合物(RTC)的组装导致新基因组RNA的转录和合成。宿主翻译机制导致所有蛋白质的产生,包括包膜蛋白(M,E,S)被插入内质网。内质网-高尔基体中间腔室(ERGIC)介导新病毒颗粒的组装和成熟,直到它们通过胞吐作用最终释放出来。

1、木瓜样蛋白酶(PL pro)

SARS冠状病毒家族的表达类木瓜蛋白酶在三个非结构蛋白的蛋白水解处理功能NSP1,NSP2和NSP3。SARS-CoV PL pro晶体结构已解决了这个问题,PL pro抑制剂可以抑制SARS-CoV-2复制。

2、主要蛋白酶(Mpro)

Mpro也称为3C样蛋白酶或3CL pro,负责处理SARS冠状病毒的其余非结构蛋白,包括RdRp和复制酶-转录酶复合物(RTC)的其他亚基。最近已经报道了SARS-CoV-2 Mpro的晶体结构,可用于相关药物的设计。

3、RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)

冠状病毒的RTC在基因组病毒RNA的复制和亚基因组RNA的转录中起作用。该复合物由多个非结构蛋白亚基组成,包括RNA依赖性RNA聚合酶(nsp12)、RNA解旋酶和5'-三磷酸酶(nsp13)、核糖核酸外切酶ExoN(nsp14)和持续性钳位(nsp7和nsp8)。SARS-CoV-2 RdRp(复合为nsp12-nsp7-nsp8)的晶体结构已解决,为候选药物研究提供了可能的结合和抑制机制。

4、核糖核酸外切酶外显子

外显子,或冠状病毒nsp14,是校对3'-5'核糖核酸酶,有助于对在RNA复制中的错误修复,例如那些引起保护抗病毒核苷抑制剂。已发现丢失ExoN校对可增强remdesivir的抗病毒作用。

5、宿主蛋白MTHFD1

2020年3月31日,清华大学结构生物学高精尖创新中心谭旭课题组在论文预印本网站BioRxiv在线刊登了题为《Orthogonal genome-wide screenings in bat cells identify MTHFD1 as a target of broad antiviral therapy》的最新成果。该研究由谭旭课题组与杜克-新加坡国立大学医学院的王林发课题组合作完成,通过对蝙蝠基因组进行功能筛选发现鉴定了一系列病毒依赖的宿主基因,并最终发现宿主蛋白MTHFD1的抑制剂carolacton可有效抑制新冠病毒复制。该研究成果不仅能助力新冠病毒药物研发,有力抗击疫情,更为人类未来抗击突发病毒流行打下基础。

病毒感染引起的免疫反应相关靶点

现在,临床报告和新研究将SARS-CoV-2感染与威胁生命的并发症(称为细胞因子风暴综合征)联系起来。细胞因子风暴的特征是促炎性细胞因子的失控升高,免疫细胞的过度招募以及导致组织和器官损害的全身性炎症。为了解决细胞因子风暴,已经提出了一种联合治疗方法,不仅针对病原体,而且针对免疫反应途径的关键组成部分。

细胞因子,包括趋化因子,白介素、干扰素和肿瘤坏死因子(TNF)是介导炎症的小分泌蛋白。被发现有严重新冠肺炎(COVID-19)需要重症监护的病人有促炎细胞因子的血浆水平较高的G-CSF、IP10、MCP1、IL-6、MIP1A和TNFα 21等。某些细胞因子的靶向治疗,例如抗TNF抗体、抗IL-6抗体等,已被提出作为限制COVID-19严重程度的一种手段。

细胞焦亡相关靶点

脓毒症是一种由病原微生物感染引起的宿主抗感染免疫失调导致的系统性炎症反应综合征,也是重型和危重型新冠病毒感染患者的主要临床症状之一,是导致患者死亡的主要原因。迄今为止,针对脓毒症的临床治疗手段仍十分有限,主要依赖于抗生素的使用和临床重要作用监护;相关靶向药物的研发多集中于针对模式识别受体-Toll样受体的抑制和对促炎因子的靶向中和,但临床效果并不显著。

最近研究发现,脓毒症与一种被称为焦亡的炎性细胞死亡过程密切相关,这是一种常见于病原体感染状态的程序性细胞死亡机制。在焦亡过程中,免疫细胞释放促炎症细胞因子,同时细胞发生肿胀与裂解。释放的细胞因子会招募其他免疫细胞来抵抗感染并导致组织炎症,增强宿主的防御反应;焦亡的发生可促进机体清除入侵的病原体。而焦亡程序的过度激活则是脓毒症中免疫失调的重要原因。免疫细胞短时间内大量焦亡则会引起强烈的炎症风暴和器官功能障碍,同时导致免疫细胞耗竭。

近年来的研究显示,宿主表达的Gasdermin D(GSDMD)是焦亡途径中的关键执行分子,该蛋白可以被宿主炎症小体激活的炎性半胱天冬蛋白酶剪切释放出活化的N末端GSDMD,N末端GSDMD可与定位于细胞膜内侧的磷脂结合,并在膜上形成孔洞,导致胞质成分的释放以及细胞破裂。因此,GSDMD同时调控免疫细胞的死亡与相关炎症因子的释放。基于细胞和动物的一系列实验也表明,GSDMD的缺失能够显著抑制脂多糖(LPS)或感染引发的细胞焦亡以及脓毒症的发生,GSDMD被视作脓毒症治疗药物开发的新型理想靶点。

2020年5月4日,来自中科院上海巴斯德研究所的刘星研究员与美国哈佛大学医学院Judy Lieberman教授及吴皓教授合作在Nature Immunology杂志上发表题为FDA-approved disulfiram inhibits pyroptosis by blocking gasdermin D pore formation的研究论文,该研究发现GSDMD是新冠病毒感染引发脓毒症治疗药物开发的新型理想靶点。

四、抗新冠病毒感染潜在小分子药物

根据以上新冠病毒感染宿主细胞的机制和药物作用靶点研究结果,从新冠病毒感染宿主细胞的不同阶段、不同环节进行干预,筛选出具有潜在抗新冠病毒感染的小分子药物进行开发。

TMPRSS2抑制剂

甲磺酸卡莫他司是一种TMPRSS2抑制剂,可以减少新冠病毒进入细胞。

PIKFYVE抑制剂

apilimod和YM201636是一种PIKFYVE抑制剂,能显著降低新冠病毒进入细胞。

TPC2抑制剂

粉防己碱是一种TPC2 抑制剂,可以抑制新冠病毒进入细胞。

CTSL抑制剂

E64D和SID26681509是一种CTSL抑制剂,可以显著抑制新冠病毒对细胞的感染。

V-ATPase抑制剂

巴菲洛霉素、氯化铵和氯喹具有抑制V-ATPase的作用,可以阻止新冠病毒进入细胞。

PL pro抑制剂

一种铅化合物GRL0617具有抑制PL pro的作用,可以抑制新冠病毒的复制。

此外,研究表明,双硫仑可作为MERS-CoV PLpro的变构抑制剂,也可作为SARS-CoV PLpro的竞争性抑制剂,而双硫仑和6-硫鸟嘌呤或霉酚酸对MERS-CoV PLpro的协同抑制作用则表明了联合用药的潜力。

Mpro抑制剂

telaprevir、boceprevir、rupintrivir以及α-酮酰胺抑制剂、洛匹那韦和利托那韦、达鲁那韦具有抑制Mpro的作用,可以抑制新冠病毒复制。

RdRp抑制剂

瑞德西韦是ATP的选择性核苷酸类似物,具有抑制RdRp的作用,可导致RNA合成终止。

核苷类抗病毒感染药物

利巴韦林属于合成核苷类抗病毒药物,对多种DNA和RNA病毒有抑制作用。国家卫健委新冠肺炎诊疗指南推荐利巴韦林用于抗新冠病毒感染疾病的治疗。

核苷类似物

法匹拉韦是一种核苷类似物,可竞争结合RNA聚合酶,抑制新冠病毒复制繁殖。

十一血凝素抑制剂

阿比多尔是一种血凝素抑制剂,通过抑制细胞表面的血凝素,从而阻断病毒复制,是一种具有免疫增强作用的非核苷类广谱抗病毒药物。

十二酪氨酸激酶抑制剂

研究显示,酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼可抑制SARS-CoV和MERS-CoV生命周期的早期阶段,细胞感染的前4个小时内添加伊马替尼,可抑制SARS-CoV和MERS-CoV基因组RNA和mRNA的产生,而在细胞感染后5小时效果显著降低,伊马替尼通过特异性抑制冠状病毒与细胞膜融合,从而抑制病毒进入细胞以及抑制进入细胞的病毒的基因组复制,选择性高、不良反应少。

十三α 1-AR拮抗剂

来自约翰斯·霍普金斯金梅尔癌症中心的研究人员在一篇新的论文中解释说,一种名为哌唑嗪(Prazosin)的药物可以用来预防新冠肺炎患者出现的被称为细胞因子风暴综合征的免疫反应加剧。

哌唑嗪是一种α 1AR拮抗剂,可以预防新冠病毒感染引发的细胞因子风暴,使感染新冠病毒的患者需要机械通气和死亡的可能性明显降低。

十四GSDMD抑制剂

中科院上海巴斯德研究所刘星研究团队的研究显示,双硫仑能显著抑制GSDMD所致的脂质体渗漏,刺激与电转脂多糖(LPS),分别触发经典和非经典途径诱导炎症小体引起的细胞焦亡,能显著抑制这两种途径诱导的细胞焦亡。进一步研究发现,双硫仑不影响炎性Caspase对GSDMD剪切,但可以直接抑制切割后的N末端GSDMD的成孔活性,表明双硫仑直接靶向作用于GSDMD的成孔过程。

为了深入探究双硫仑的抑制机理,研究团队通过液相色谱-串联质谱分析了双硫仑处理的GSDMD蛋白,发现其191位半胱氨酸(Cys191)被双硫仑分子的一半对称结构所修饰。后续实验检测了炎症小体通路中的其它关键事件,包括炎性caspase的活化、IL1β的剪切成熟等,发现双硫仑对以上过程皆无明显影响。这些结果表明双硫仑对焦亡的抑制作用是通过修饰GSDMD特异性地阻断其成孔活性所实现。最后,研究团队又通过腹腔注射LPS的方法构建了小鼠脓毒症模型,发现在双硫仑处理下,脓毒症小鼠的炎症水平大幅度降低,存活水平也得到显著提升。

综上,通过大规模筛选发现了双硫仑对GSDMD成孔和细胞焦亡过程具有显著抑制作用;该分子可以修饰GSDMD的191位半胱氨酸残基,从而抑制GSDMD的成孔活性;并通过脓毒症小鼠模型证明了双硫仑对脓毒症的缓解效果。这一研究为脓毒症相关药物的研发展示了新的前景。

十五宿主蛋白MTHFD1抑制剂

清华大学谭旭研究团队研究发现RNA病毒包括腮腺炎病毒、马六甲病毒、寨卡病毒等都对MTHFD1的缺失非常敏感,而MTHFD1的抑制剂carolacton对于上述病毒的复制有非常强的抑制作用。这个现象在蝙蝠和人类细胞都很显著。Carolacton是一种天然产物,被作为抗生素候选分子用于抑制细菌的菌膜生成。令人欣喜的是,carolacton也能有效的抑制新冠病毒在人体细胞中的复制,而且抗病毒有效浓度远远低于细胞毒性浓度,展示出了良好的成药性。

蝙蝠的基因筛查导致了MTHFD1这个全新的抗病毒药物靶点及carolacton这个抗病毒小分子的发现。这个结果也提示我们可以从研究蝙蝠的病毒感染机制中学习到如何应对病毒感染。

十六其他潜在药物

1、griffithsin

griffithsin(GRFT)源自红藻抗病毒凝集素,研究发现它具有新冠病毒活性的作用。

2、BCX4430

BCX4430是一种直接作用的抗病毒药物,在体外对多种RNA病毒具有活性。

3、普卢利沙星

普卢利沙星是一种氟喹诺酮类广谱抗菌药物,具有阻断活性位点或阻断病毒蛋白二聚体形成的作用。

4、tegobuvir

tegobuvir是一种新型RNA复制的非核苷抑制剂,具有抗病毒的作用。

5、nelfinavir

nelfinavir是一种蛋白酶抑制剂,可以抑制多蛋白gah-pol的裂解。

6、bicteravir

bicteravir是一种新型有效的HIV-1整合酶抑制剂,能有效预防HIV繁殖,减少体内的艾滋病毒。

此外,研究发现多粘菌素、戊柔比星、艾替班特、表柔比星、依前列醇、伐普肽、阿瑞匹坦、卡泊芬净和奋乃静等可与新冠病毒Mpro结合口袋中的关键残基形成氢键,其作用可能比洛匹那韦/利托那韦具有更高的突变耐受性,并且还可以充当具有类似Mpro结合位点的其他冠状病毒的抑制剂。

五、抗新冠病毒感染潜在大分子药物

CD147抗体

meplazumab是一种抗CD147抗体,可以抑制新冠病毒感染。

干扰素

干扰素是一种细胞因子,其本质是蛋白质,具有抑制细胞分裂、调节免疫、抗病毒和抗肿瘤等多种作用。干扰素联合利巴韦林具有更好的抗病毒感染作用。国家卫健委在新冠肺炎诊疗指南(试行第七版)推荐干扰素、利巴韦林用于新冠病毒感染疾病的治疗。

抗病毒的细菌蛋白

2020年5月23日,清华大学医学院程功课题组在预印本平台BioRxiv在线刊登了题为:Broad-spectrum virucidal activity of bacterial secreted lipases against flaviviruses, SARS-CoV-2 and other enveloped viruses(细菌分泌型脂酶对黄病毒、新冠病毒和其他包膜病毒的广谱抗病毒活性)的最新研究成果。

该研究通过对具有抗病毒活性的色素杆菌分泌型蛋白进行功能筛选,发现鉴定了两个具有脂酶活性的广谱抗病毒细菌蛋白,可有效抑制如登革病毒(DENV)、寨卡病毒(ZIKV)、新冠病毒(SARS-CoV-2)、人类免疫缺陷病毒(HIV)和单纯疱疹病毒(HSV)等包膜病毒感染。

该研究成果不仅为新冠病毒药物研发提供了新思路,有力抗击疫情,更为人类抗击未来突发病毒流行打下基础。

此项研究从埃及伊蚊肠道内分离出的具有抗蚊媒病毒活性的色素杆菌新菌株Chromobacterium sp.Beijing入手,筛选鉴定了两种抗病毒效应因子CbAE-1和CbAE-2。两种抗病毒效应因子对多种包膜病毒,包括黄病毒属的登革病毒和寨卡病毒、新冠病毒、HIV和HSV等,均有较强的抗病毒活性。

进一步机理研究表明,CbAE-1和CbAE-2通过其脂酶活性,直接破坏病毒包膜结构导致其失活。同时,CbAE-2在人类细胞和小鼠上均表现出了较强的安全性,具有作为广谱抗病毒药物的潜力。

研究者后续将在抗病毒效应因子CbAE-2的基础上进行与新冠病毒受体ACE2的融合蛋白改造,有希望提高其对新冠病毒包膜的特异性和亲和力,降低可能存在的细胞毒性。广谱抗病毒药物对于及时预防新型病毒性疾病的广泛传播至关重要,具有广谱抗病毒活性和对宿主低毒性的CbAE-2作为潜在的选择,为未来广谱抗病毒药物的开发提供了新途径。

托珠单抗

托珠单抗是一种重组人源化抗人白介素6 (IL-6)受体单克隆抗体,由中国仓鼠卵巢(CHO)细胞通过DNA重组技术制得。

新冠病毒在侵入人体后引发免疫系统过度反应,释放大量细胞因子攻击肺部正常组织。其中IL-6是参与炎症的主要细胞因子之一,其通过激活JAK-Ras信和STAT转录因子号通路,在人体免疫应答和炎症反应过程中发挥重要作用,通过抑制IL-6可减轻这种过度的免疫反应。

目前,以IL-6及其受体为靶点的生物制剂包括:托珠单抗、抗IL-6Rα单抗Sarilumab(已上市)、抗IL-6单抗Olokizumab和Sirukumab等。

2020年3月4日,我国国家卫生健康委员会就在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》中,在治疗重型、危重新冠病例中增加了托珠单抗(IL-6抑制剂),用于“双肺广泛病变者及重型患者且实验室检测IL-6水平升高者”的免疫治疗。

中和抗体

中和抗体是当病原微生物侵入机体时会产生相应的抗体。病原微生物入侵细胞时需要依赖病原体自身表达的特定分子与细胞上的受体结合,才能感染细胞,并进一步扩增。中和抗体是B淋巴细胞产生的某些抗体,能够与病原微生物表面的抗原结合,从而阻止该病原微生物黏附靶细胞受体,防止侵入细胞。

中和抗体是由适应性免疫应答细胞分泌的一种可溶性蛋白。病毒侵入人体之后,免疫细胞把中和蛋白分泌到血液里,后者与血液里的病毒颗粒结合,阻止病毒感染细胞,破坏病毒颗粒,这样就把病毒“中和”掉了。

2020年6月5日,国家药品监督管理局正式批准中国科学院微生物研究所研究员严景华团队研制的新冠病毒全人源单克隆抗体的临床试验申请,I期临床试验将在健康人体内进行剂量探索和安全性验证。这是国内首个获批开展临床试验的新冠肺炎治疗性抗体药物,也是全球首个在完成了非人灵长类动物实验后,在健康人群中开展的新冠肺炎治疗性抗体临床试验,有望在不久的将来用于新冠肺炎的治疗和预防。该中和抗体获批进入临床试验,标志着我国自主研发、具有自主知识产权的新冠病毒特异性抗体药物成功进入人体临床评价阶段。

临床前研究结果表明,该中和抗体有效地阻断了新冠病毒的感染,显著降低了恒河猴呼吸道中新冠病毒的载量,保护由病毒感染造成的肺部损伤。

六、疫苗

疫苗是指用各类病原微生物制作的用于预防接种的生物制品。

疫苗一般分为两类:预防性疫苗和治疗性疫苗。预防性疫苗主要用于疾病的预防,接受者为健康个体或新生儿;治疗性疫苗主要用于患病的个体,接受者为患者。

根据传统和习惯又可分为减毒活疫苗、灭活疫苗、抗毒素、亚单位疫苗(含多肽疫苗)、载体疫苗、核酸疫苗等。

新冠疫苗的研发原理,就是要诱导出对这个病毒有很强的中和能力的抗体,这也是现在所有疫苗策略最重要的目标之一。但在这场竞赛中,达到目标的方法却各不相同。我国共布局了5条新冠疫苗研发的技术路线,具体包括灭活疫苗、基因工程重组的亚单位疫苗、腺病毒载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗与基于mRNA和DNA的核酸疫苗。其中,灭活疫苗与减毒流感病毒载体疫苗没有看到全球其他国家有相关报道,另外三种与国外研发基本同步。不过,由于我国没有开展过mRNA疫苗临床研究的先例,未来在临床研究环节也许国外某些研发机构会超越中国。

腺病毒载体疫苗

腺病毒载体疫苗是指以腺病毒作为载体,将保护性抗原基因重组到腺病毒基因组中,使用能表达保护性抗原基因的重组腺病毒制成的疫苗。

研究发现,携带各种抗原的腺病毒载体能刺激机体产生很强的体液免疫和细胞免疫。此外,由于腺病毒载体能感染呼吸道和肠道细胞,可以方便地通过黏膜进行免疫,并能诱导机体产生黏膜和系统免疫应答。  

灭活疫苗

灭活疫苗是指先对病毒或细菌进行培养,然后用加热或化学剂(通常是福尔马林)将其灭活。灭活疫苗即可由整个病毒或细菌组成,也可由它们的裂解片段组成为裂解疫苗。

裂解疫苗的生产,是将微生物进一步纯化,直至疫苗仅仅包含所需的抗原成分(如肺炎球菌多糖)。它既可以是蛋白质疫苗,也可以是多糖疫苗。蛋白质疫苗包括类毒素(灭活细菌毒素)和亚单位疫苗。大多数多糖疫苗由来自细菌纯化的细胞壁多聚糖组成;结合疫苗是将多糖用化学方法与蛋白质连接而得到的疫苗,从而成为更有效的疫苗。

基因工程重组的亚单位疫苗

基因工程重组的亚单位疫苗又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗,是指将保护性抗原基因在原核或真核细胞中表达,并以基因产物—蛋白质或多肽制成疫苗。这类疫苗的优点是安全性高、纯度高、稳定性好、产量高、可用于病原体难于培养或有潜在致癌性或有免疫病理作用的疫苗研究。

减毒疫苗

减毒活疫苗是指病原体经过甲醛处理后,A亚单位(毒性亚单位)的结构改变,毒性减弱,但B亚单位(结合亚单位)的活性保持不变,即保持了抗原性的一类疫苗。将其接种到身体内,不会引起疾病的发生,但病原体可以引发机体免疫反应,刺激机体产生特异性的记忆B细胞和记忆T细胞,起到获得长期或终生保护的作用。与灭活疫苗(死疫苗)相比,这类疫苗免疫力强、作用时间长,但安全是一个问题,具有潜在的致病危险(有可能因发生逆行突变而在人体内恢复毒力)。减毒疫苗属于第二代疫苗。

核酸疫苗

核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA 或RNA ) 直接导入动物体细胞内,并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白, 诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答, 以达到预防和治疗疾病的目的。

核酸疫苗是利用现代生物技术免疫学、生物化学、分子生物学等研制成的,分为DNA疫苗和RNA疫苗两种。但目前对核酸苗的研究以DNA疫苗为主。DNA疫苗又称为裸疫苗,因其不需要任何化学载体而得此名。DNA疫苗导入宿主体内后,被细胞(组织细胞、抗原递呈细胞或其它炎性细胞)摄取,并在细胞内表达病原体的蛋白质抗原,通过一系列的反应刺激机体产生细胞免疫和体液免疫。

从技术路线来看,灭活病毒疫苗一直被公认是最经典的疫苗,人类对于它的研制已有200多年历史,目前我国开发出的大部分疫苗都属于这种类型,主要原因是我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。但灭活病毒疫苗也存在问题,灭活疫苗是把病毒直接杀死后做成疫苗,成分比较复杂,可能含有不能导致产生免疫的成分,还可能带来不良反应。从生物技术的角度说,灭活疫苗比较简单,问题在于生产过程可能会有风险,因为它生产的是活病毒,万一有泄漏,安全性也会有问题;另外灭活疫苗产量也可能有问题,因为培养病毒可能没那么快。

而国外新型冠状病毒疫苗的研发多数集中在 mRNA 疫苗上。这种疫苗不需要像传统疫苗那样去长时间选育菌株,相较于传统疫苗长达数月的生产周期,mRNA 疫苗仅需 40 天即可生产出来,具有独特的时间优势。但是,mRNA 疫苗的研发技术门槛和要求也相对较高,对于新技术来说,安全性和有效性仍然是 mRNA 疫苗最大的挑战。到目前为止,mRNA疫苗疗法尚未完全取得临床上的验证,还没有 mRNA 疫苗正式上市。

从研发进展来看,国内外疫苗研发大致分为三个阶段:实验室研究、动物实验和人体实验。即:实验室研制、临床前研究、I、II、III期临床研究。虽然国内外疫苗研发侧重点存在差异,但可以看出,我国新冠疫苗研发布局所有技术路线。我国正同时进行了灭活、重组蛋白、mRNA、DNA、重组病毒载体五种研发路线,研发技术和研发进度处于国际领先地位。

疫苗从研发到生产是个长链条。当前各国处于新冠肺炎疫情防控的不同阶段,技术路线选择各有侧重,因此,在疫苗研发上,有必要加强国际合作,形成合力,在保证安全性、有效性的前提下,早日研发出新冠病毒疫苗。


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