新的天花？高通量如何加速抗猴痘病毒化合物筛选 | MedChemE...

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猴痘是一种病毒性人畜共患病，是由于感染猴痘病毒 (Monkeypoxvirus) 而致，近期猴痘病毒在非洲及以外多个国家出现，且数量还在增加，并出现了人际传播，备受科学家关注。

猴痘病毒属于痘病毒科—脊椎动物痘病毒亚科下的一个属，被称为正痘病毒属。正痘病毒属包括多种不同类别的病毒，我们比较熟知的天花病毒就是其中一种。

正痘病毒属内的所有病毒都可产生交叉免疫反应，这意味着一种病毒感染时产生的细胞毒性 T 淋巴细胞和产生抗体的B 淋巴细胞可以防止该属其他病毒的感染，这也是天花疫苗可以对猴痘病毒产生 85% 保护力的原因。  

正痘病毒形态特征

正痘病毒是一种双链 DNA 病毒，个头较大，结构相对复杂。病毒最外面被外膜包围，呈砖形，病毒粒子内部有一个哑铃型的核心，主要成分是病毒的基因组双链 DNA，以及多种 (至少 20 种以上) 病毒增殖相关的酶。病毒核心由一层膜包围，哑铃核心与外膜之间的区域称为侧体 (lareralbody)。

正痘病毒有两种感染模式：成熟病毒粒子 (mature virion，MV) 有单一的脂膜包裹着一个哑铃状的核心，是一种基本的感染形态，此外，痘病毒还有一种形态，也就是成熟病毒粒子外还包围有一层额外的脂质膜 (extracellular enveloped，EV)。两种病毒粒子内部结构相同，但由于包膜表面内嵌有不同的表面蛋白，因此侵入机制略有不同。

图 1 . 痘病毒结构示意图[1]

感染机制

病毒感染机制大概模式基本类似，即附着于宿主细胞表面——进入宿主细胞 (通过内吞、膜融合或二者同时) ——脱壳 (即病毒基因组释放) ——病毒基因组复制——病毒蛋白合成、加工及组装——新组装病毒释放。痘病毒的 2 种感染机制，下面做一下详细讲解

图 2. 痘病毒复制周期[3]

■ 1. 附着、入胞

前面讲过正痘病毒有两种病毒粒子：成熟病毒粒子 (MV) 和包膜病毒粒子 (EV)。由于EV 相比MV 外面多一层膜，所以附着机制也有一定区别。

对于成熟病毒粒子 MV，通过病毒表面膜蛋白与宿主细胞表面蛋白结合而附着于宿主细胞表面。而包膜病毒粒子 EV，最外层包膜上面的蛋白与细胞结合后，可以导致最外层包膜降解，成为和 MV 一样的结构，然后通过与 MV 一样的机制附着于细胞表面。

病毒附着于细胞后，病毒包膜与细胞膜融合，在细胞膜上形式成一个孔，含病毒 dsDNA的核心通过这个孔进入到细胞中。

■ 2. 脱壳

病毒粒子核心进入宿主细胞后，通过微管深入到细胞核外的一个离散位置，将病毒基因组释放出来，并在这里建立 “病毒工厂”，进行病毒基因组的复制，转录及组装。

■ 3. 转录、翻译

正痘病毒不需要进入细胞核进行复制，因为启动转录和处理病毒 mRNA 所需的所有酶都随病毒粒子核心携带进入细胞中 (自理能力很强)。由于正痘病毒的 DNA 复制发生在基因早期转录和翻译之后，所以我们先简单说下转录翻译: 正痘病毒的转录是以级联的方式进行，即早期转录翻译所编码的蛋白用于 DNA 复制及中期基因组转录，而中期转录翻译所编码的蛋白可以用于后期基因表达。

正痘病毒的一个很大特点就是会编码大量蛋白，一些蛋白通过中和干扰素和细胞因子、抑制凋亡和干扰细胞抗病毒信号通路等方式参与多种免疫逃逸反应。并且这些蛋白会包装在新的病毒粒子里面，在感染过程中被运送至其他细胞中。

■ 4. DNA 复制

正痘病毒 DNA 复制也是一个很有意思的地方。前面讲过，痘病毒 DNA 的复制是在细胞质中进行的，和其他很多病毒不一样。正痘病毒在早期基因转录和翻译后立即开始 DNA复制。具体过程见下图：

图 3. 正痘病毒复制过程[2]

■ 5. 病毒组装、成熟和释放

病毒工厂，首先形成月牙膜，并招募基因组DNA和核心蛋白，形成球形的未成熟病毒粒子。在侧体相关的病毒蛋白酶作用下，病毒粒子成熟，在细胞裂解时被释放出来，即 MV 形成。

当 MV 通过高尔基复合体或胞内体时，形成了被双层膜包围的MV即wrapped virion，wrappedvirion通过胞吐作用被释放出细胞时，最外层膜与细胞膜融合，形成含单层膜包围的 MV，即 EV。EV 主要与细胞间扩散有关，而MV 主要是与宿主的感染有关。

治疗与药物开发

目前还没有专门针对猴痘病毒的药物。前面提到，由于正痘病毒之间可以产生交叉免疫反应，所以天花疫苗可以对猴痘病毒产生保护力。JYNNEOTM (Imvanex) 疫苗已经在美国批准用于猴痘预防。但还没有用于猴痘治疗的小分子药物，但根据体外及动物实验数据表明，Cidofovir、Brincidofovir (CMX001) 及 Tecovirimat (ST-246) 对正痘病毒具有较好的活性，美国 CDC 表示，以上药物可以用于预防猴痘的爆发。

同时基于其他抗病毒药物的开发经验，可以通过干扰病毒生命周期的关键调控蛋白达到抑制病毒增殖的目的，进行药物开发。

■ 现有抗病毒药物

抗病毒药物比较常用的靶点包括病毒膜表面蛋白、宿主细胞受体、调控膜融合的关键蛋白、DNA复制关键酶 (如 DNA 聚合酶、蛋白合成关键酶，如 RNA 聚合酶，及病毒粒子包装释放相关蛋白等)。因为不同病毒生命周期中关键调控蛋白不同，具体靶点还需要对该病毒具体感染机制进行深入研究。

但部分靶点在不同病毒之间可以通用，比如 DNA 聚合酶，RNA 聚合酶等。所以靶向这类靶点的抗病毒药物会具有一定广谱性。如上述Cidofovir 通过抑制病毒 DNA 聚合酶活性以控制巨细胞病毒 CMV 复制，该药物对多种正痘病毒也有较高的抑制活性。此外核苷类化合物，可以模拟机体内核苷及核苷酸，参与 DNA 或 RNA 合成，阻断核酸复制，是常见的广谱抗病毒药物。

图 4 正痘病毒复制周期的抑制剂[4]

白色: 表示痘苗病毒复制的主要阶段。黄色: 干扰复制的每一步的代表性化合物。

细胞外包膜病毒粒子(EEV)，细胞内成熟病毒粒子(IMV)，不成熟病毒粒子(IV)，细胞内包膜病毒粒子(IEV)和细胞相关包膜病毒粒子(CEV)。

  

■ 高通量筛选可用于抗病毒药物开发

上面已经说到，部分靶点在病毒之间可以通用，此外不同的病毒感染机制不完全一样，但感染的模式基本相同。从已经报道具有抗病毒活性的化合物或药物中筛选抗正痘病毒药物，会大大提高筛选命中率，加快药物开发的速度。尤其针对发生率不高，市场潜力不大但需求迫切的抗病毒药物来说，从现有的抗病毒药物中开发新适应症，开发成本低，研发速度快，是一种不错的的解决方案。

高通量筛选技术一直是早期药物开发的重要重要筛选方式。MCE 可以提供 100+不同的化合物库，涵盖 15000+活性化合物，是先导化合物开发的重要来源。相关抗病毒化合物库推荐：

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抗正痘病毒活性化合物推荐

Cidofovir    Cidofovir 可通过抑制病毒 DNA 聚合酶活性以控制巨细胞病毒 CMV 复制。对多种正痘病毒有活性。

Brincidofovir    Brincidofovir (CMX001)  是 Cidofovir 的脂质结合前体药物，是一种口服、长效抗病毒药物。Brincidofovir 对广泛的 DNA 病毒具有活性，包括巨细胞病毒 (CMV)、腺病毒 (ADV)、水痘带状疱疹病毒、单纯疱疹病毒、多瘤病毒、乳头瘤病毒、痘病毒和混合双链  DNA 病毒感染。

‍Mitoxantrone    Mitoxantrone 是拓扑异构酶 II (topoisomerase II) 的抑制剂；也可抑制蛋白激酶 C (PKC)，IC50 值为8.5 μM。

MCE的所有产品仅用作科学研究或药证申报，我们不为任何个人用途提供产品和服务。

参考文献

1.  Jennifer Louten, Chapter 15 -Poxviruses, Editor(s): Jennifer Louten, Essential Human Virology, AcademicPress, 2016, Pages 273-290, ISBN 9780128009475

2.  MossB. Poxvirus DNA replication. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Sep1;5(9):a010199.

3.  McFaddenG. Poxvirus tropism. Nat Rev Microbiol. 2005 Mar;3(3):201-13.

4.  PrichardMN, Kern ER. Orthopoxvirus targets for the development of antiviral therapies.Curr Drug Targets Infect Disord. 2005 Mar;5(1):17-28.

xqliu

学习了，谢谢提供分享。猴痘来了，小心人痘反攻。