宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学副教授乔伊斯·何塞(Joyce Jose) 表示：“SARS-CoV-2 疫苗以刺突蛋白为目标，但这种蛋白面临着强大的选择压力，正如我们在Omicron 中看到的那样。”它可能会发生重大突变。仍然迫切需要针对SARS-CoV-2 的病毒部分进行治疗，而不是刺突蛋白，这些部分不易进化。”
先前的研究表明，两种SARS-CoV-2 酶（包括Mpro 和PLpro 在内的蛋白酶）是抗病毒药物开发的有希望的目标。例如，辉瑞的COVID-19 治疗药物Paxlovid 的目标是Mpro。 Jose 表示，这些酶相对稳定；因此，它们不太可能迅速产生耐药突变。
宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学教授Katsuhiko Murakami 指出，这些病毒蛋白酶由于具有裂解或裂解蛋白质的能力，对于受感染细胞中SARS-CoV-2 的复制至关重要。
Murakami 表示：“SARS-CoV-2 从其RNA 基因组中产生称为多蛋白的长蛋白，这些蛋白必须被这些蛋白酶有序地切割成单个蛋白，从而形成功能性病毒酶和蛋白，一旦进入细胞，病毒就会开始复制。”解释道。 “如果抑制其中一种蛋白酶，就可以防止SARS-CoV-2 在感染者中进一步传播。”
研究结果于2 月25 日发表在期刊《通信生物学》 上。
该团队设计了一种检测方法，可以快速识别活体人类细胞中的Mpro 和PLpro 蛋白酶抑制剂。
“虽然还有其他检测方法，但我们设计的新检测方法可以在活细胞中进行，这使我们能够同时测量抑制剂对人体细胞的毒性，”何塞说。
研究人员使用他们的检测方法测试了64 种化合物的库，包括HIV 和丙型肝炎蛋白酶的抑制剂；某些原生动物寄生虫中存在的半胱氨酸蛋白酶；和二肽基肽酶（一种与2 型糖尿病有关的人类酶），以测试它们抑制Mpro 或PLpro 的能力。从这64 种化合物中，研究小组鉴定出了11 种影响Mpro 活性的化合物和5 种影响PLpro 活性的化合物，其截止点是蛋白酶活性降低50%，细胞存活率降低90%。
生物化学和分子生物学副研究教授Anoop Narayanan 使用活体共聚焦显微镜监测这些化合物的活性。
纳拉亚南说：“我们设计了这个实验，以便如果该化合物影响蛋白酶，你就会在细胞的某些区域看到荧光。”
接下来，研究小组在宾夕法尼亚州立大学Eva J. Pell 高级生物研究实验室的BSL-3 设施中评估了16 种PLpro 和Mpro 抑制剂对SARS-CoV-2 病毒的抗病毒活性，发现其中8 种具有剂量依赖性。针对SARS-CoV-2 的抗病毒活性。具体来说，他们发现西他列汀和达卡他韦抑制PLpro，而MG-101、Lycorine HCl 和甲磺酸奈非那韦抑制Mpro。其中，研究团队发现MG-101还通过抑制蛋白酶对刺突蛋白的加工来阻碍病毒感染细胞的能力。
Narayanan 说：“我们发现，当细胞用选定的抑制剂预处理时，只有MG-101 会影响病毒进入细胞。”
此外，研究人员发现，用Mpro 和PLpro 抑制剂组合治疗细胞具有额外的抗病毒作用，可以更好地抑制SARS-CoV-2 复制。
Jose 说：“我们的研究表明，在细胞培养中，如果将Mpro 和PLpro 抑制剂结合起来，就能在不增加毒性的情况下对病毒产生更强的作用。” “这个组合的抑制作用是非常强大的。”
为了研究MG-101抑制Mpro蛋白酶活性的机制，包括生物化学和分子生物学博士后学者Manju Narwal在内的科学家利用X射线晶体学获得了MG-101与Mpro复合物的高分辨率结构。
“我们能够看到MG-101 如何与Mpro 的活性位点相互作用，”Narwal 说。 “这种抑制剂模仿多蛋白并以类似的方式与蛋白酶结合，从而阻止蛋白酶对多蛋白的结合和裂解，这是病毒复制的重要步骤。”
Murakami 补充道：“通过了解MG-101 化合物如何与活性位点结合，我们可以设计出可能更有效的新化合物。”
事实上，该团队正在根据通过X 射线晶体学确定的结构设计新化合物。他们还计划测试已证明对小鼠有效的药物组合。
尽管科学家研究了SARS-CoV-2 的Delta 变种，但他们表示，这些药物可能对Omicron 和未来的变种有效，因为它们针对的是病毒中不太可能发生显着突变的部分。
何塞说：“开发针对各种冠状病毒的广谱抗病毒药物是针对循环和新出现的冠状病毒感染的最终治疗策略。” “我们的研究表明，重新利用某些FDA 批准的抑制Mpro 和PLpro 活性的药物可能是对抗SARS-CoV-2 的有效策略。”
