冠状病毒的关键蛋白是药物开发的主要靶点

冠状病毒通过其主水解酶（Main Protease，简称Mpro或者3CLpro），RNA依赖的RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，简称RdRp）和PLpro等关键蛋白协同工作实现病毒复制。Mpro，RdRp和PLpro普遍存在于冠状病毒家族中（上述三种蛋白普遍存在于网巢病毒目中，冠状病毒亚目属于网巢病毒目，但是在网巢病毒目中冠状病毒亚目和动脉炎病毒亚目更受关注），其结构和功能高度保守。针对这些关键蛋白开发药物，有望治疗许多冠状病毒引起的疾病，例如由中东呼吸系统综合征冠状病毒（MERS-CoV）导致的中东呼吸综合征，由人冠状病毒HCoV-OC43导致的感冒，由猪肠道冠状病毒PDCoV等引起的猪腹泻呕吐，由猫腹膜炎冠状病毒导致的猫传染性腹膜炎等。因此，Mpro，RdRp和PLpro是长期以来备受关注的抗冠状病毒药物靶点。2022年10月美国吉利德公司研发的瑞德西韦（Remdesivir）成为世界首个冠状病毒RdRp抑制剂药物，2021年11月美国辉瑞公司研发的帕西洛韦（Paxlovid）成为世界首个冠状病毒Mpro抑制剂药物。瑞德西韦和帕西洛韦展示了抑制冠状病毒的关键蛋白是开发小分子药物的可行途径，也使得人类第一次拥有了抗冠状病毒的靶向药物。开发PLpro抑制剂药物，将为人类应对冠状病毒提供新策略、新工具和新药物。

PLpro是独立于Mpro和RdRp的抗冠状病毒的药物靶点，并且具有额外优势

除了PLpro在冠状病毒复制中的重要功能之外， PLpro还是冠状病毒逃避宿主免疫、引发宿主额外炎症的关键蛋白。自2005起，Barreto团队在一系列SARS相关研究中发现SARS PLpro切割宿主蛋白泛素标签，进而Lindner团队发现SARS PLpro切割宿主蛋白ISG15 (Interferon-Induced Gene 15)标签。2014年，Mielech团队发现MERS PLpro降低了宿主蛋z白泛素化和 ISG 化的水平。2020年，Shin团队发现新冠PLpro 切割干扰素反应因子 3 (IRF3)的 ISG15标签，抑制I 型干扰素反应。2021年，Munnur团队发现新冠PLpro切割产生的游离ISG15与巨噬细胞极化向促炎表型和抗原呈递减弱相关，有可能是导致新冠过度免疫上调（细胞因子风暴）的重要因素，曹雪涛院士对此发表了评述论文。2023年，黄昊团队发现了新冠PLpro通过对STING蛋白的去泛素化抑制I 型干扰素反应。这些研究清晰地表明PLpro蛋白在冠状病毒感染中的免疫含义。因此，靶向PLpro的药物可能具有抗病毒和抗炎的双重效应，这是Mpro抑制剂药物和RdRP抑制剂药物所不具备的重要特征。

PLpro抑制剂药物开发兼具巨大挑战和机遇

自SARS以来，PLpro作为冠状病毒药物靶点逐渐展露的可行性与潜在优势推动了小分子抑制剂的研究。PLpro蛋白与Mpro蛋白在结构特性上的差异导致了PLpro小分子抑制剂的发现上存在更大困难。从PLpro的蛋白结构分析，它具备两个潜在的小分子抑制剂结合口袋：催化结构域与BL2结构域。PLpro的催化结构域在正常情况下是关闭的，在底物靠近时才打开，而MPro的催化结构域是常开的。因此PLpro的催化结构域与小分子的结合比较困难，目前报道的小分子抑制剂是为数不多的几个共价抑制剂，且酶活抑制活性较低。PLpro的BL2结构域高度动态，与小分子抑制剂结合时因自由能丧失导致结合力不高，在国际上一直没有PLpro小分子抑制剂完成临床前研究。与MPro和RdRp抑制剂药物相比，PLpro抑制剂药物是一个全新赛道，充满挑战和机遇。

清华大学何伟等团队和复旦大学陆路团队紧密合作，采用基于片段的药物发现和基于结构的药物设计策略，借助开发新型PLpro活性研究探针工具，通过近三年的艰苦工作发现了一类结构新颖、高活性、高选择性的PLpro小分子抑制剂HL-21。共晶结构显示HL-21及其多个前驱分子结合在PLpro BL2结构域，从而阻断PLpro对于底物的切割。HL-21展示了高亲和力，高酶活抑制活性，和对多种新冠病毒株细胞感染的高抑制活性以及动物感染模型上的药效，显示了PLpro抑制剂作为抗冠状病毒药物的潜力。清华大学、复旦大学团队和广东冠域完成了系统的临床前研究和临床申报，直至此次广东冠域以清华排他许可方和唯一申办方获得临床批件。

HL-21的研发工作得到了清华大学春风基金、佛山专项及万科基金的大力支持。中国科技大学田长麟教授/孙德猛研究员在共晶解析方面做出了重要贡献。