新型冠狀病毒肺炎治療藥物研發進展

王曉旭，吳心怡，梁 浩，崔 誠，劉東陽

（北京大學第三醫院藥物臨床試驗機構，北京 100191）

新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）是一種單鏈RNA病毒，主要通過棘突蛋白（spike protein，S蛋白）與宿主細胞上的血管緊張素轉換酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）結合，與細胞膜融合和內化后進入細胞，然后進行脫殼、釋放基因，經過一系列翻譯、組裝和復制過程在宿主體內不斷增殖［1］。

疫情暴發之初，SARS-CoV-2侵入人體的機制尚未闡明，無法依據病毒感染機制進行抗SARSCoV-2藥物研發。因此，基于細胞和動物模型對已上市的臨床應用藥物進行治療新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）新適應證開發成為應急情況下抗SARS-CoV-2的主要策略。同時，針對SARS-CoV-2感染機制進行了一系列深入研究，并在此基礎上有針對性地開發抗SARSCoV-2創新藥物，以期發現特異性佳且安全有效的新分子實體。已上市藥物治療COVID-19新適應證開發和基于病毒感染機制的創新藥物開發結果亦可相互印證、相互促進，最終實現有效治療COVID-19的目的。在此過程中，國內外研究團隊均積累了豐富的研發經驗，體現了近年來科學技術的進步，但面對前所未有的疫情，藥物研發也遇到了很多困難和挑戰，目前仍無明確的特效創新藥物完成研究并通過藥政部門的審批。

本綜述基于SARS-CoV-2感染機制的靶點研究進展，分別就已上市藥物治療COVID-19新適應證和創新藥物開發現狀進行梳理，對其經驗和不足進行總結，并提出對未來研發方向和關鍵問題的思考，以期為我國應急情況下新藥開發提供參考。

1 SARS-CoV-2感染機制及抗SARS-CoV-2潛在靶點研究

病毒入侵是感染的第一個環節。研究發現，SARS-CoV-2可借助其S蛋白與宿主細胞表面受體ACE2結合［2］。細胞膜表面的蛋白酶在組織蛋白酶（cathepsin）B和組織蛋白酶L參與下水解S蛋白［3-4］，隨后SARS-CoV-2與宿主細胞膜發生融合，經由受體介導的內吞作用進入細胞，并在核內體中發生脫殼釋放病毒RNA，啟動病毒復制過程。SARS-CoV-2的基因組可以編碼復制酶、S蛋白、包膜蛋白、膜蛋白和核衣殼蛋白等。其中，復制酶由2個多聚蛋白組成，需要被病毒蛋白酶水解釋放才能發揮功能。冠狀病毒中有2類蛋白酶，一類為類木瓜蛋白酶（papain-like protease，PLpro），負責水解多聚蛋白N端的少數幾個位點；另一類為主蛋白酶（main protease，Mpro），司職水解多聚蛋白C端的大部分位點。在蛋白酶的作用下，多聚蛋白被水解，釋放出RNA依賴性RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRp）等 15個非結構蛋白，組成病毒復制和轉錄復合體，司職病毒RNA的合成。隨后，病毒RNA轉錄成mRNA并合成病毒蛋白。病毒蛋白進行組裝后包裹病毒RNA，經溶酶體途徑釋放出細胞，繼續感染宿主其他細胞［5］。部分SARS-CoV-2蛋白已成為抗SARS-CoV-2藥物研發的重要靶標。

病毒感染會引發人體的免疫反應，因此從調節宿主免疫反應的角度，部分免疫相關蛋白也成為抗病毒藥物研發的靶標。有研究表明，干擾素α和干擾素γ均在細胞水平表現出抗SARS-CoV-2的作用［6］。此外，核因子E2相關因子2〔nuclear factor（erythroid-derived 2）-like 2 protein，Nrf2〕激活劑富馬酸二甲酯可通過激活Nrf2-Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白（Kelch-like ECH-associated protein）通路發揮抗SARS-CoV-2作用，且其抗病毒效果并不依賴于干擾素α［7］。另外2個Nrf2激活劑甲巴多索隆（bardoxolone methyl）和巴多索隆（bardoxolone）也在Vero細胞模型上表現出抗SARS-CoV-2活性［8］。托珠單抗（tocilizumab）是一種重組人源化抗人白細胞介素6受體單克隆抗體，可抑制過度免疫反應，已被批準用于治療嵌合抗原受體T細胞（chimeric antigen receptor T-cells，CAR-T）療法引起的細胞因子釋放綜合征。SARS-CoV-2引起的細胞因子風暴釋放綜合征是重癥COVID-19患者死亡的主要原因之一。因此，托珠單抗對過度免疫反應的抑制效果也可能有助于抗SARS-CoV-2治療。臨床研究表明，托珠單抗可有效改善重癥COVID-19患者的預后并降低死亡率［9］。

2 已上市藥物治療COVlD-19新適應證的研究

SARS-CoV-2疫情暴發之初，我國迅速分離了SARS-CoV-2病毒，并建立了SARS-CoV-2感染的細胞模型，為快速進行治療COVID-19藥物開發奠定了良好基礎。按照傳統新藥開發程序，新藥首先需要經過嚴格的動物有效性、安全性評價，然后再在少量健康人、少量患者和足夠樣本量的患者體內逐步進行劑量探索及有效性和安全性評價，最終為合適的患者推薦具備科學給藥方案的新藥，這個過程一般會耗費5～10年時間。在應急情況下，COVID-19患者處于無藥可救情形，此時根本無法允許按照傳統程序開發救治藥物。應急情況下藥物開發經驗豐富的美國曾針對炭疽孢子恐怖襲擊下藥物快速開發發布動物法則（Animal Rule），提出因倫理道德或不具有可行性等原因，無法獲得臨床數據的新藥和新生物制品可以在符合藥物非臨床研究質量管理規范（Good Laboratory Practice，GLP）的實驗室完成動物藥效和安全性試驗的基礎上直接申請上市使用，以解決重大疫情或軍事活動時藥物因時間和不可操作性所限，不能快速發揮臨床治療作用的問題［10］。但需要證明驗證新藥的動物模型可靠，這在SARS-CoV-2疫情暴發初期很難達到，并且新藥在動物體內的有效性和安全性評價需要很長時間，很難滿足。在選擇抗微生物藥物劑量時，該指南也建議可采用體外數據對人體劑量進行外推，這種快速研究方法結合已上市藥物已有的臨床安全性數據的優勢，可既能快速推薦有效劑量，又可快速證明該劑量下藥物的安全性，從而快速進行驗證性臨床試驗，以實現借助“老藥新用”支持其治療患者。

為此，SARS-CoV-2疫情暴發之初，我國科研工作者即借助細胞模型快速評估了利巴韋林（ribavirin）、噴昔洛韋（penciclovir）、硝唑尼特（nitazoxanide）、萘莫司他（nafamostat）和氯喹（chloroquine）及2種已知的廣譜抗病毒藥物——瑞德西韋（remdesivir，GS-5734）和法匹拉韋（favipiravir，T-705）對臨床分離SARS-CoV-2株的抗病毒效果，采用標準測定方法檢測上述化合物對SARS-CoV-2的細胞毒性、病毒產量和感染率的影響，并推薦氯喹和瑞德西韋等為潛在治療藥物，在此基礎上快速進行了一系列相關臨床試驗，探索其治療COVID-19的潛在能力，這些臨床數據支持了我國早期臨床COVID-19診治指南的出臺［11-13］。利巴韋林、噴昔洛韋、硝唑尼特、萘莫司他和氯喹5種藥物后來在美國也得到了美國食品藥品監督管理局快速批準。同時，鑒于SARS-CoV-2感染后，人體自身的抗SARS-CoV-2感染能力和抵抗SARS-CoV-2觸發的炎癥等能力發生變化，這對臨床治療也非常重要。我國科學家針對上述情況，對增強先天免疫系統和抑制炎癥反應的托珠單抗等已上市藥物快速展開臨床研究。本文按照藥物作用機制對目前正在開發的可用于治療COVID-19新適應證的已上市藥物和創新藥物進行系統總結，按照作用于病毒感染、宿主免疫與治療以及同時作用于病毒和宿主的機制將已上市藥物分別列于表1、表2和表3。盡管部分藥物在體外表現出抗SARS-CoV-2活性，但只有較少的雙盲雙對照臨床研究在一定程度上證明了療效，尚未發現特效藥物。

這種加速臨床開發的應急策略中，基于細胞數據和（或）動物數據預測臨床有效劑量及特定情況下（如肝損傷、腎損傷或兒童患者）劑量調整方案至關重要，而本次應急開發中一個明顯的特色就是模型引導的新藥開發策略得到了充分應用［30］。本課題組與國家疾病預防控制中心聯合科研攻關，依據細胞學抗病毒活性數據建立生理藥動學模型，以當時最新報道的氯喹唯一臨床試驗有效性數據（n=22）為基礎，通過總結羥氯喹臨床使用的藥物劑量-暴露量-安全性規律，對與氯喹等效的羥氯喹臨床劑量進行預測，保障了氯喹和羥氯喹臨床試驗高效安全進行［11，31-32］。同時還用動物實驗探索了羥氯喹在藥效靶部位（肺組織）中的藥動學特征，基于細胞學研究探索了羥氯喹的藥動學特征和安全性特征，從而預測了氯喹和羥氯喹在不同特定人群的藥動學特征，并使用臨床數據驗證和進一步分析，最終為快速推薦兩者在特定人群中的合理使用方案奠定數據基礎［33-37］。這種策略也被全球同行應用于上述藥物其他情形和其他抗SARS-CoV-2藥物開發中。但在應用中需要充分考慮體外模型質量及其與患者疾病機制的相似性、體外藥物與體內活性物質的相似性、臨床患者病情演變以及病毒臨床特征高度變異對臨床試驗的苛刻要求［38-41］。

3 我國中藥用于COVlD-19治療的研究

中藥以復方的形式給藥，是一種多分子-多靶標的系統性治療方法，可以在多個環節同時阻斷病毒復制周期，還可以調節人體免疫反應。此外，由于中藥有上千年的人體使用經驗，其臨床用量和安全性已得到充分探索，且無需化學合成，易于獲取，是應急情況下治療藥物開發的另一個重要策略。鑒于中藥的低毒性、可快速獲得性及在控制臨床患者癥狀中的有效作用，從中藥中篩選針對病毒或宿主靶點的活性化合物也是治療COVID-19的潛在策略之一。目前已有中藥治療COVID-19的研究匯總見表4。然而，傳統中藥復方設計多是基于對病證的觀察而非基于明確靶標，因此很難清晰闡明其分子機制，從而降低了中藥的國際認可度，影響了中藥在世界范圍內的應用。對此，一方面需要突破創新中藥臨床研究方法，另外也需要建立系統的中藥數據庫，以更高效高質地推動中藥臨床研究質量，讓中藥發揮更大作用。

4 治療COVlD-19的創新藥物研發和前景

治療COVID-19新藥的開發重點不僅包括直接作用于病毒的廣譜小分子蛋白和抗體，也應考慮對已上市或正在開發的藥物增加COVID-19適應證研究。另一類具有巨大抗病毒潛力的新療法是基于RNA的療法。新藥開發不僅要專注于已知的風險，還必須致力于對易暴發的病毒家族進行先發制人的研究，最終提供一種縮短暴發和應對之間差距的戰略。如有可能，還應著重于門診使用的口服藥物，并確定對抗病毒和免疫介導的病理的聯合療法，擴大治療窗口的有效性和減少耐藥性［46］。

根據藥渡數據庫顯示，截止2021年6月30日，全球正在進行Ⅰ期臨床研究的抗SARS-CoV-2新藥研發，除疫苗外，主要集中在化學藥（11項）和生物藥（28項），另有3項正在進行細胞治療研究（表5）。

在抗SARS-CoV-2創新藥物研發中也有我國科學家的突出貢獻。西湖大學團隊首先解析出SARS-CoV-2受體ACE2的全長結構，然后針對該結構篩選和設計出特異性抑制劑，構建了多種ACE2三聚體蛋白，其中T-ACE2與SARS-CoV-2 S蛋白親和力很高，親和力常數KD＜1 pmol·L-1，同時極大提高了對病毒的抑制活性，目前該藥正在開發中［47］。同時，中國科學院上海藥物研究所聯合上海科技大學和中國科學院武漢病毒研究所的科學家通力合作，發現一類結構新穎、高效、安全的抗SARS-CoV-2候選藥物。該研究是基于冠狀病毒Mpro三維結構設計并合成的2個擬肽類化合物11a和11b。兩者在體外展示出對SARS-CoV-2 Mpro極佳的抑制活性，具有較好的抗病毒效果，更為重要的是兩者均展示出良好的體內藥動學性質和安全性［48］。

另一種新藥快速研究方法可用于分離治療或預防SARS-CoV-2感染的中和單克隆抗體［49-50］。北京基因組學高級創新中心利用人體免疫系統產生的中和抗體來阻止SARS-CoV-2感染細胞，從60例康復患者的血液中分離出抗體后，將中和抗體注射到感染SARS-CoV-2的小鼠體內，5 d后病毒載量減少2500倍，表明該類中和抗體可加快COVID-19治愈，甚至可提供短期的SARS-CoV-2免疫［51］。

5 應急情況下治療COVlD-19創新藥物開發的突破與挑戰

與17年前的SARS時期相比，目前我國的基礎科研能力與新藥非臨床開發能力得到顯著提升。SARS-CoV-2疫情暴發之初，我國科學家迅速反應，于2020年2月4日即發表了SARS-CoV-2感染細胞模型并篩選出治療COVID-19的潛在藥物，2月18日發表了建立的SARS-CoV-2感染大鼠模型，3月9日即發表了新建立的SARS-CoV-2感染恒河猴模型，為治療COVID-19新藥非臨床評價和疫苗療效評價迅速奠定了科學基礎，使已上市藥物治療COVID-19新適應證開發和創新藥物非臨床研究得以快速展開［13，52］。SARS-CoV-2 細胞受體空間結構的成功解析和虛擬受體的建立，實現了利用已有藥物庫對治療COVID-19潛在藥物的快速篩選，并為新藥設計與開發系列研究提供了有力支持［47，53］。定量藥理學是近年來新興的交叉學科，建模與仿真技術的應用為驗證性臨床試驗推薦給藥方案，并密切分析疾病病理特征，基于科學為臨床推薦藥物開發策略［11，39］，為患者推薦積極的治療方案［12，32，54-55］。與此同時，藥政管理部門也積極依據情況發布疫情期間新藥開發相關指南［56］，共同為后續一系列藥物研發提供了堅實的研究基礎。

雖然我國疫情控制取得了巨大成功，上述研究成果顯著，最大程度上保證了人民健康，但應急情況下新藥臨床開發還有待改進。①我國生物安全防護三級或四級實驗室數量較少，雖然可以支持率先做出突破性研究，但病情分析、新藥與疫苗篩選與藥效與安全性臨床前評價，劑量推薦等研究需求很大，曾一定程度上影響了新藥開發；②病毒感染機制及機體反應機制應從一開始就需有計劃地開展系列研究，雖然不能為當時疫情控制建言獻策，但會有效指導變異病毒的控制以及后續其他病毒防治策略的制定，尤其是考慮到目前疫情全球化導致的疫情長期化的潛在可能，更需要堅定不移地進行基礎研究；③治療COVID-19藥物早期臨床開發對推薦合適劑量至關重要，但我國本次新藥臨床評價過程中重視程度仍有待提升，需通過體外實驗支持臨床劑量選擇避免臨床試驗的劑量處于“盲試”狀態。導致上述情況的主要原因包括非臨床細胞和動物模型資源較少、疫情形勢緊急以及我國目前缺少專業的定量藥理學研究平臺和專業人才培養體系等；④治療COVID-19藥物臨床試驗信息化與樣本檢測能力亟待提升，該現狀一定程度上限制了我國臨床試驗質量和效率，這在疫情期間病房人員嚴格管控情況下尤為突出。隨著對上述問題認識越來越深刻，希望我國能夠借此提高應急情況下新藥開發能力，更好地保障人民健康。