从去稳定化到稳定化埃博拉糖蛋白:MWAC-3634如何重新定义进入抑制

MWAC-3634稳定埃博拉GP而非使其失稳,实现了皮摩尔级进入抑制及小鼠口服有效性——逆转了十年来的抑制剂设计思路……

直接答案

一项针对47.3亿个化合物的全新DNA编码文库筛选产生了MWAC-3634,这是一种小分子,以40.7 nM的Kd结合埃博拉病毒糖蛋白,并以0.65 nM的IC50中和感染——比此前的GP靶向抑制剂好一到两个数量级[1]。2.54 Å的冷冻电镜显示,它与早期化合物占据相同的GP1/GP2界面口袋,但稳定而非去稳定融合前三聚体[1]。在致死性小鼠攻毒实验中,口服给药将存活率提高至85.7%,腹腔注射给药提高至100%,而对照组为28.6%[1]。这一结果将GP稳定性重新定义为一种可调控的最优状态,而非单纯的破坏靶点。

11篇文献引用

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既往前沿:为何去稳定化GP曾是主流的进入抑制策略

在这篇论文之前,针对埃博拉GP的小分子药物格局由中等效力和共同机制所定义。通过基于细胞的筛选、虚拟对接或药物重定位鉴定的化合物通常以毫摩尔级Kd值结合GP,并以微摩尔级IC50值阻断进入,仅有少数达到约100 nM [1]。经结构表征的化合物——包括重定位抗癌药托瑞米芬——均占据相同的GP1/GP2界面腔,并通过去稳定糖蛋白来中和进入 [1]。早期工作已确立GP的内体蛋白水解是进入的必需步骤,且小分子可干扰该过程,为进入抑制奠定了概念基础 [3]。另一条独立证据表明,天然多态性可以以物种依赖的方式降低GP稳定性,进一步强化了稳定性具有功能后果这一观点 [4]。因此,该领域收敛于一个模型:推动GP向过早构象变化方向发展是阻断融合的途径。

DNA编码化合物库筛选如何改变化学起点

这项锚定研究突破了以往的发现方法,直接将纯化的EBOV GP胞外域对4.73亿个DNA编码化合物进行筛选,这一规模是传统高通量筛选无法企及的[1]。排名第一的命中化合物MWAC-2600含有三个手性中心;两轮立体化学优化分离了反式异构体,并将一个构型从S翻转为R,从而得到MWAC-3634[1]。这一优化将结合亲和力从异构体混合物MWAC-3006的Kd值69.6 nM提升至MWAC-3634的40.7 nM,并在200 µM浓度下将GP的热稳定化从6.2 °C提高至7.2 °C[1]。冷冻电镜随后证实了这一改进的结构基础,显示优化后的手性构型在结合口袋内形成了精确的接触[1]。DNA编码文库筛选同样使得针对SARS-CoV-2非结构蛋白的共价抑制剂的快速发现成为可能,验证了该方法作为应对棘手抗病毒靶点的通用策略的可行性[8][9]。同一技术已被应用于鉴定针对SARS-CoV-2的HR1靶向融合抑制剂,进一步证明了其对于膜融合靶点的广泛适用性[5]

稳定而非失稳的结构证据

由EBOV GP、MWAC-3634和一种结合GP2的纳米抗体组成的三元复合物的2.54 Å冷冻电镜结构显示,该化合物占据GP1/GP2界面的一个疏水腔,与来自两个亚基的18个GP残基发生相互作用[1]。与主要结合口袋西侧区域(17个接触中的13个)的托瑞米芬不同,MWAC-3634在东西两侧区域均形成广泛接触,其中8个残基来自西侧区域,10个来自东侧区域[1]。结合后,DFF盖——一个通常封闭该口袋并稳定融合前构象的结构元件——被置换,β1-β2环被向外推[1]。尽管发生了这些局部重排,整体效应是融合前三聚体的热稳定性增强,从而提高了向融合后构象转变的能垒[1]。这一机制与先前破坏GP稳定性的抑制剂形成鲜明对比,并与单分子FRET研究一致,后者表明病毒包膜糖蛋白采样一组融合前构象集合,其稳定性受宿主环境线索的热力学调控[10]。GP需要最佳稳定性水平——既不过于刚性也不过于不稳定——这一发现将靶标重新定义为一个构象景观,而非简单的锁钥结合位点。

效价提升与小鼠疗效和人体转化之间的差距

MWAC-3634抑制野生型EBOV感染的IC50为0.65 nM,其效力至少比此前报道的靶向GP的小分子高出一到两个数量级[1]。针对携带S246P GP替换及另外八处基因组改变的小鼠适应株,其效力降至IC50为2.87 nM,作者将这一差异归因于毒株特异性的GP变异[1]。在致死性小鼠攻毒实验中,腹腔给药实现了100%存活(7/7),第4天血清病毒载量降低4019倍;口服给药实现了85.7%存活(6/7),病毒载量降低176倍,但在该早期时间点未达到统计学显著性[1]。69%的口服生物利用度以及血浆浓度维持在2 µM以上达八小时,支持进一步开发,但作者指出小鼠适应株与野生型病毒存在差异,且小鼠疾病动力学与人类感染不同[1]。另一项研究使用携带丝状病毒糖蛋白假型化的重组水疱性口炎病毒,在Ifnar1敲除小鼠中提供了一种兼容BSL-2的替代模型,可促进靶向GP对策的更广泛测试,但它不能替代非人灵长类验证[7]。通过计算筛选鉴定的天然产物类进入抑制剂显示出微摩尔级效力(最佳命中化合物的IC50为1.72 µM),凸显了DNA编码文库方法的效力优势[2]。构型锁定的小檗胺-B类似物已实现对EBOV GP介导进入的纳摩尔级效力,但其在GP1/GP2融合环处的结合位点及其去稳定或稳定机制仍有待充分表征[11]

尚存的不确定性:机制边界与通往临床相关性的路径

GP稳定化是一种有效的抗丝状病毒策略,这一主张仅基于单一化合物在单一动物模型中的证据。作者明确指出,疗效证据来自致死性小鼠攻毒实验,而要转化其效力还需在更多临床前模型中评估,尤其是非人灵长类动物[1]。体内实验所用的小鼠适应型EBOV毒株在GP第65位和第544位残基上与野生型病毒不同,这两个残基位于MWAC-3634结合区域之内或附近,且该化合物对此毒株的效力降低(IC50为2.87 nM,而野生型为0.65 nM)[1]。稳定化机制是否能推广至其他丝状病毒仍未经检验,尽管GP1/GP2界面口袋在苏丹病毒和马尔堡病毒中是保守的[1]。结合后观察到的DFF盖子位移和β1-β2环重排引发了这样一个问题:长期暴露是否会筛选出恢复盖子功能或改变口袋几何形状的逃逸突变。此外,该化合物的水溶性低于托瑞米芬,作者将溶解性和代谢稳定性确定为未来类似物开发的优化目标[1]。包膜糖蛋白需要一个最佳稳定性窗口这一更广泛的概念得到了多种病毒单分子成像研究的支持,但这一原理能否在不同融合蛋白类别中实现药理学利用仍是一个未解问题[10]。Griffithsin是一种通过结合高甘露糖聚糖使病毒粒子聚集的凝集素,代表了一种完全不同的进入抑制机制,其对拉沙病毒、Lujo病毒和克里米亚-刚果出血热病毒的活性强于对埃博拉病毒和马尔堡病毒的活性,这凸显了靶向GP的策略必须考虑出血热病毒之间的结构差异[6]

关于这些来源

本研究页面基于11项经过同行评审的研究——发表于2011年至2026年间,其中8项发表于2024年或之后,合计被引用155次——这些研究是从通过质量筛选的13项研究中遴选出的最相关成果,而这些研究又从超过5亿篇文献的数据库中检索到的58篇论文中筛选而来。

本文引用的文献

1

一种小分子通过稳定糖蛋白抑制埃博拉病毒进入

该锚定论文报道,MWAC-3634是通过对47.3亿个化合物进行DNA编码文库筛选并结合立体化学优化而鉴定得到的,其与EBOV GP结合的Kd为40.7 nM,抑制感染的IC50为0.65 nM,2.54 Å冷冻电镜结构显示其可稳定融合前GP三聚体,并且在致死性小鼠攻毒模型中经口服或腹腔注射给药可提高生存率。

2

基于天然产物的埃博拉病毒进入抑制剂靶向病毒糖蛋白:一项计算与实验相结合的研究。

一项计算与实验研究鉴定出天然产物CNP0349608.0为EBOV GP进入抑制剂,其IC50为1.72 µM,选择性指数为12.26,并在分子动力学模拟中表现出稳定结合,代表了一种具有微摩尔效价的替代方案,可替代纳摩尔效价的MWAC-3634。

3

鉴定一种针对丝状病毒的小分子进入抑制剂

一项早期研究鉴定出一种具有特异性活性的丝状病毒小分子进入抑制剂,确立了埃博拉病毒糖蛋白的溶酶体蛋白酶解是进入过程中一个可靶向步骤这一概念。

4

苏丹病毒糖蛋白基部的一种天然多态性以物种依赖的方式降低糖蛋白稳定性

苏丹病毒GP中存在的一种天然多态性被证明以物种依赖的方式降低GP稳定性,并影响对一种去稳定化GP抑制剂的敏感性,这提供了证据表明GP稳定性具有功能意义,且可通过序列变异进行调节。

5

通过DNA编码化合物库筛选快速发现靶向SARS-CoV-2刺突蛋白HR1的再利用药物。

靶向SARS-CoV-2刺突蛋白HR1结构域的DNA编码化合物库筛选鉴定出包括雷贝拉唑相关化合物E和奥美沙坦在内的老药新用融合抑制剂,验证了DEL筛选作为一种可推广的方法用于发现跨病毒家族的膜融合抑制剂。

6

Griffithsin介导的出血热病毒细胞进入抑制及其机制研究。

Griffithsin是一种甘露糖结合凝集素,通过聚集病毒颗粒抑制埃博拉病毒、马尔堡病毒、拉沙病毒、Lujo病毒和克里米亚-刚果出血热病毒的入侵,对拉沙病毒、Lujo病毒和CCHFV的活性强于对埃博拉病毒和马尔堡病毒的活性,展示了一种不同于小分子GP稳定化的替代性广谱入侵抑制机制。

7

使用重组水疱性口炎病毒建立Ifnar1(-/-)小鼠致死性假丝状病毒模型。

一种使用重组水疱性口炎病毒的替代动物模型,该病毒伪型化了丝状病毒糖蛋白,在Ifnar1基因敲除小鼠中实现了BSL-2兼容的GP介导进入及疫苗或治疗效力的评估,为丝状病毒对策测试提供了一个互补平台。

8

共价DNA编码文库工作流程驱动SARS-CoV-2非结构蛋白抑制剂的发现。

一种共价DNA编码文库工作流程发现了针对SARS-CoV-2 3CLpro、PLpro和Nsp12的三嗪类共价抑制剂,其中LU9对3CLpro的IC50达到0.34 µM,XJ5对Nsp12的IC50达到0.12 µM,展示了DEL筛选在应对具有挑战性的抗病毒靶点方面的强大能力。

9

从DNA编码文库筛选中发现SARS-CoV-2主蛋白酶共价抑制剂。

针对SARS-CoV-2主蛋白酶进行的共价DNA编码化合物库筛选,鉴定出含丙烯酰胺的化合物,这些化合物以1:1的化学计量比不可逆地结合Mpro,并对来自不同冠状病毒株的3CLpro酶表现出抑制活性,支持将DEL筛选作为半胱氨酸蛋白酶抑制剂发现的一种有效方法。

10

单分子成像揭示病毒包膜糖蛋白功能的调控机制。

针对HIV-1、SARS-CoV-2、MERS-CoV、埃博拉病毒和甲型流感病毒的单分子FRET成像研究表明,融合前包膜糖蛋白动态采样一组构象集合,其相对稳定性受pH、受体结合、离子和宿主蛋白酶调控,从而确立热力学控制作为调控病毒进入的一个层面,先于动力学控制的融合转变。

11

构象锁定型利代芬-B类似物作为强效埃博拉病毒进入抑制剂

构型锁定的ridaifen-B类似物对EBOV GP介导的进入表现出纳摩尔级效力,对马尔堡病毒进入表现出亚微摩尔级效力,定点诱变表明其结合于EBOV GP1/GP2融合环,代表了一个与MWAC-3634靶向同一大致区域的独特化学系列。