สารยับยั้ง Mpro รุ่นต่อไป: สัญญาว่าจะเป็นยาตัวใหม่สำหรับต่อต้าน Omicron และสายพันธุ์ SARS-CoV-2 อื่น ๆ

การระบาดของโรคติดเชื้อไวรัสโคโรนา 2019 (COVID-19) ซึ่งเกิดจากกลุ่มอาการทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง 2 (SARS-CoV-2) ที่ติดต่อได้สูง คร่าชีวิตผู้คนไปแล้วกว่า 6.8 ล้านคนทั่วโลกการศึกษาในวารสาร Nature  Signal Transduction และ Targeted Therapy เมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ต้านไวรัสที่เป็นไปได้ของสารยับยั้ง M pro (SY110) ตัวใหม่ต่อ SARS-CoV-2 Omicron และสายพันธุ์ย่อยของมัน นอกจากนี้ยังพบว่ามีผลต่อไวรัสโคโรนา ในมนุษย์อื่น ๆ เช่น ไวรัสโคโรนากลุ่มอาการทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง 1 (SARS-CoV-1) และไวรัสโคโรนากลุ่มอาการทางเดินหายใจตะวันออกกลาง (MERS-CoV) บาคาร่าออนไลน์ การศึกษา: ตัวยับยั้ง Mpro รุ่นใหม่ที่มีฤทธิ์ต่อต้าน SARS-CoV-2 Omicron สายพันธุ์ต่างๆ  เครดิตรูปภาพ: Jezper / Shutterstockการศึกษา: สารยับยั้ง Mpro รุ่นใหม่ที่มีฤทธิ์ต่อต้าน SARS-CoV-2 Omicron สายพันธุ์ต่างๆ เครดิตรูปภาพ: Jezper / Shutterstock

พื้นหลัง
แม้ว่าวัคซีน COVID-19 หลายตัวจะมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ แต่ประสิทธิภาพของวัคซีนก็ลดลงเนื่องจากสายพันธุ์ใหม่ ๆ ของ COVID-19 เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เช่น Alpha, Beta, Delta และ Omicron ล่าสุด สายพันธุ์ SARS-CoV-2 หลายสายพันธุ์สามารถหลบหนีการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่เกิดจากการฉีดวัคซีนหรือการติดเชื้อตามธรรมชาติ จากประสบการณ์ในอดีต มีความเสี่ยงสูงต่อการมีอยู่ในระยะยาวของ SARS-CoV-2 ดังนั้น นอกจากวัคซีนป้องกันโควิด-19 ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นแล้ว ยังมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องใช้ยาต้านไวรัสเพิ่มเติมสำหรับสายพันธุ์ SARS-CoV-2 ในปัจจุบันและอนาคต SARS-CoV-2 อยู่ในตระกูล  Coronaviridae  ของสกุล β-coronavirus ไวรัสนี้เข้ารหัส 14 open reading frames (ORFs) ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนโครงสร้าง 4 ชนิด โปรตีนเสริม 9 ชนิด และโพลีโปรตีนสายยาว 2 ชนิด ได้แก่ pp1a และ pp1ab โพลีโปรตีนแยกออกเป็นโปรตีนที่ไม่มีโครงสร้าง (NSP) 16 ชนิดโดยใช้ซิสเทอีนโปรตีเอส 2 ชนิด ได้แก่ โปรตีเอสหลัก (M pro ) และโปรตีเอสคล้ายปาเปน (PL pro )

M proหรือ 3CL proเป็นยีนที่อนุรักษ์ไว้ของไวรัสและสายพันธุ์ของมัน นอกจากนี้ โปรตีเอสนี้ยังมีอยู่ในไวรัสโคโรนาที่ทำให้เกิดโรคอื่นๆ เช่น โรคทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง โคโรนาไวรัส-1 (SARS-CoV-1) และไวรัสโคโรนากลุ่มอาการทางเดินหายใจตะวันออกกลาง (MERS-CoV) M proเชื่อมโยงกับการผลิต NSP สิบสามรายการโดยการแยก pp1a และ pp1ab ในทางกลไก M proระบุและตัดแยกลำดับกรดอะมิโนด้วยความจำเพาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งตำแหน่งแยกที่ลำดับ Leu-Gln ที่สำคัญไม่มีโปรตีเอสของมนุษย์ที่มีความจำเพาะเหมือนกัน เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติทั้งหมดของ M proแล้ว มันสามารถเป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการพัฒนายาต้านไวรัส โมเลกุลขนาดเล็กหลายชนิด เช่น Remdesivir, Molnupiravir และ Paxlovid ได้รับการอนุมัติให้เป็นสารต้านไวรัส Nirmatrelvir , Ensitrelvir และ Simnotrelvir เป็นตัวยับยั้ง SARS-CoV-2 M pro อย่างไรก็ตาม ยาต้านไวรัสเหล่านี้มีปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความเป็นพิษ ประสิทธิภาพต่ำ และคุณสมบัติทางเภสัชจลนศาสตร์ (PK) ที่ไม่สมบูรณ์ เช่น การดูดซึมทางปากที่ไม่ดี การดูดซึมทางปากที่ไม่ดี และความเสถียรในระดับปานกลางในไมโครโซมตับของมนุษย์ (HLM)โดยเฉพาะอย่างยิ่ง SARS-CoV-2 สายพันธุ์ที่มี Q192S/T/V, E166N/V, G143S, H172F/Q/Y, Q189E, M165T หรือ A173V ได้แสดงความต้านทานต่อการรักษาด้วย Nirmatrelvir ดังนั้น การพัฒนายาต้านไวรัสรุ่นต่อไปที่มีผลกับสายพันธุ์ SARS-CoV-2 จึงมีความจำเป็นเร่งด่วน

การศึกษาและข้อค้นพบ
เบื้องต้น นักวิทยาศาสตร์คัดกรองสารประกอบประมาณ 30,000 ชนิดจากคลังสารเคมีภายในองค์กร เพื่อให้ได้สารประกอบออกฤทธิ์เริ่มต้นใหม่เพื่อพัฒนายาที่มีเป้าหมายเป็นM pro พวกเขาใช้การทดสอบการถ่ายโอนพลังงานเรโซแนนซ์ฟลูออเรสเซนซ์ (FRET) เพื่อจุดประสงค์นี้ พบสารประกอบสี่ชนิดที่ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ของ M proโดยมีค่าความเข้มข้นในการยับยั้ง 50% (IC 50 ) น้อยกว่า 50 μM ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ Hit-1 ได้รับการพิจารณาว่ามีศักยภาพมากที่สุด โดยมีค่า IC 50ที่ 1.30 μM การวิเคราะห์ความแตกต่างของการสแกนฟลูออริเมทรี (DSF) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบกิจกรรมของ Hit-1 การทดสอบนี้ให้ค่าการเปลี่ยนแปลงความร้อนที่ 8.45°C ซึ่งแสดงถึงการเชื่อมโดยตรงระหว่าง Hit-1 และM pro

การค้นพบสารประกอบที่โจมตี SARS-CoV-2 Mpro  โครงสร้างทางเคมีของ Hit-1  มอยอิตี P1′, P1 และ P2 ของ Hit-1 ถูกระบุ  หัวรบคาร์บอนมีเครื่องหมายดอกจันสีดำ  b เส้นกราฟปริมาณกิจกรรมของ Hit-1 เทียบกับ SARS-CoV-2 Mpro ในการทดสอบ FRET  ข้อมูลที่แสดงเป็นค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (SD) จากการทดลองอิสระสามครั้ง  c การวิเคราะห์ความแตกต่างของฟลูออริเมทรีของการสแกนของผลกระทบของ Hit-1 ต่อความเสถียรของ SARS-CoV-2 Mpro  การได้รับสารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำถูกตรวจสอบโดยการเพิ่มขึ้นของหน่วยเรืองแสงสัมพัทธ์ (RFU)  เส้นโค้งแสดงถึงค่าเฉลี่ยของการทดลองสามครั้ง  d Hit-1 (สีส้ม) อยู่ที่ช่องใส่วัสดุพิมพ์ของ Mpro (สีฟ้า)  His41 ของ Mpro เป็นสีน้ำเงิน Cys145 เป็นสีเหลือง  พ็อคเก็ต (S1′, S1, S2 และ S4) ของ Mpro และ moieties (P1′, P1 และ P2) ของ Hit-1 มีป้ายกำกับกำกับไว้  e ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Hit-1 และ Mpro  แผนที่ความหนาแน่น Fo – Fc แสดงขึ้นสำหรับ Hit-1 (ตาข่ายสีเทา, σ = 2.5) และ Cys145  พันธะโควาเลนต์แสดงด้วยลูกศรสีดำ และแสดงพันธะไฮโดรเจนด้วยเส้นประสีแดง  f ภูมิภาคของ Hit-1 สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง  รูปภาพใน d, e ได้รับการประมวลผลโดยใช้ PyMOL (https://pymol.org)การค้นพบสารประกอบที่โจมตี SARS-CoV-2 M  pro โครงสร้าง  ทางเคมีของ Hit-1 มอยอิตี P1′, P1 และ P2 ของ Hit-1 ถูกระบุ หัวรบคาร์บอนมีเครื่องหมายดอกจันสีดำ b  เส้นโค้งปริมาณกิจกรรมของ Hit-1 เทียบกับ SARS-CoV-2 M pro  ในการทดสอบ FRET ข้อมูลที่แสดงเป็นค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (SD) จากการทดลองอิสระสามครั้ง c  การวิเคราะห์ความแตกต่างของฟลูออริเมทรีของการสแกนของผลกระทบของ Hit-1 ต่อความ  เสถียร ของ SARS-CoV-2 M การได้รับสารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำถูกตรวจสอบโดยการเพิ่มขึ้นของหน่วยเรืองแสงสัมพัทธ์ (RFU) เส้นโค้งแสดงถึงค่าเฉลี่ยของการทดลองสามครั้ง d  Hit-1 (สีส้ม) ตั้งอยู่ที่กระเป๋าเข้าเล่มวัสดุพิมพ์ของ Mโปร  (สีฟ้า) His41 ของ M pro  เป็นสีน้ำเงิน Cys145 เป็นสีเหลือง พ็อคเก็ต (S1′, S1, S2 และ S4) ของ M pro  และ moieties (P1′, P1 และ P2) ของ Hit-1 มีป้ายกำกับกำกับไว้ e  การโต้ตอบระหว่าง Hit-1 และM pro แผนที่ความหนาแน่น Fo – Fc แสดงขึ้นสำหรับ Hit-1 (ตาข่ายสีเทา, σ = 2.5) และ Cys145 พันธะโควาเลนต์แสดงด้วยลูกศรสีดำ และแสดงพันธะไฮโดรเจนด้วยเส้นประสีแดง f  ภูมิภาคของ Hit-1 สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง รูปภาพใน  d ,  e  ได้รับการประมวลผลโดยใช้ PyMOL ( https://pymol.org )

โอมิกส์ อีบุ๊ก
Omics Industry Focus eBook
รวบรวมบทสัมภาษณ์ บทความ และข่าวสารชั้นนำในปีที่ผ่านมา
ดาวน์โหลดสำเนาฟรี
ศักยภาพของ Hit-1 ได้รับการปรับปรุงโดยการปรับปรุงโครงสร้างแบบขั้นตอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ 3 บริเวณ ได้แก่ ไทอาโซล เบนซิล และฟีนิล ด้วยเหตุนี้ จึงมีการสังเคราะห์ผู้สมัครหลายตัว ซึ่งวิเคราะห์ตามคุณสมบัติ PK ความปลอดภัย การดูดซึมทางปาก ความเป็นพิษต่อเซลล์ และความเสถียรเพื่อให้ได้สารต้านไวรัสที่ดีที่สุดสำหรับสายพันธุ์ SARS-CoV-2 ในบรรดาสารที่สังเคราะห์ขึ้นทั้งหมด SY110 เป็นตัวยับยั้ง M pro ที่มี ศักยภาพ มากที่สุด โดยมี IC 50ที่ 14.4 nM เทียบกับ M pro

การรักษาทางปากของ SY110 ในหนู K18-hACE2 ที่มีการติดเชื้อ Omicron เผยให้เห็นความเสียหายทางพยาธิวิทยาที่ดีขึ้นในปอดและกังหัน นอกจากนี้ SY110 ยังแสดง  โปรไฟล์ความปลอดภัย ในหลอด  ทดลองที่โดดเด่นในการทดสอบ Ames การทดสอบความผิดปกติของโครโมโซม การทดสอบ Cytochrome P450 (CYP) และการทดสอบยีนที่เกี่ยวข้องกับอีเทอร์-อะ-โก-โก (hERG) ในมนุษย์ ในอัตรา ปริมาณยาสูงสุดที่ยอมรับได้ของ SY110 คือ 1.0 ก./กก. โดยไม่มีผลเสีย

SY110 แสดงคุณสมบัติ PK ที่โดดเด่นในหนู สุนัข หนู และลิงแสม โดยมีการดูดซึมทางปากที่ดี นอกจากนี้ สารประกอบนี้แสดงผลต้านไวรัสอย่างมีนัยสำคัญต่อสายย่อย Alpha, Beta และ Omicron BA.2 และ BA.5 ที่สำคัญ SY110 เอาชนะการดื้อยา Nirmatrelvir ที่เกิดจากการกลายพันธุ์ที่ E166N และ E166V

ข้อสรุป
การศึกษาในปัจจุบันได้เน้นย้ำถึงศักยภาพของ SY110 ในฐานะตัวยับยั้งไวรัสแพน-โคโรนาไวรัส รวมถึง SARS-CoV-2 เมื่อบริหารให้ทางปาก ตัวยับยั้ง Mpro นี้แสดงคุณสมบัติ PK ที่น่าพอใจ การดูดซึมทางปากที่ดีเยี่ยม และโปรไฟล์ความปลอดภัยที่มาก ในอนาคตประสิทธิภาพการรักษาทางคลินิกของ SY110 จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติมผ่านการศึกษาทดลองทางคลินิก ผู้เขียนแสดงความเป็นไปได้ที่จะปรับปรุงความเสถียรของ HLM สำหรับ SY110 ให้ดียิ่งขึ้น