药物机制解读 | “人民的希望”抗病毒 药物瑞德西韦(Remdesivir)

病毒变异vs抗病毒 药物

病毒是一种以DNA或RNA为遗传物质，无独立营养代谢系统，需寄生于宿主内，进行复制和生存的类生物体。病毒在自然界内与宿主共生的过程中，一些病毒可逃脱宿主免疫防御系统，导致宿主发病致死。病毒遗传物质突变几率非常高，可帮助病毒逃脱不断升级的宿主免疫系统。根据病毒进化论学说，病毒发展史要远超过人类进化史，相比之下，人类对病毒知之甚少。随着分子细胞生物学的发展，目前发现病毒种类7000多种，其中可感染人类的病毒有300多种。病毒感染类疾病占传染类疾病的3/4，严重威胁人类健康。从上个世纪60年代开始，已有广谱类的抗病毒 药物出现，但由于病毒突变速度非常快，随后陆续产生病毒耐药性和副作用，导致对病毒类感染疾病无特异性有效药物进行临床ZL。

瑞德西韦——人民的希望？

2020年伊始，COVID-2019肆虐，开发特异性抗新冠病毒 药物迫在眉睫。2月1日《新英格兰杂志》发表论文中，报道美国diyi例新冠肺炎患者病情恶化后，经瑞德西韦(Remdesivir/GS-5734)静脉注射同情用药后病情好转^[1]。2月6日，瑞德西韦“双盲临床实验”在武汉市金银潭医院、市肺科医院和协和医院等入组761例患者进行临床评价^[2]。“人民的希望”——瑞德西韦抗新冠肺炎临床LX，需等至4月底揭晓谜底。

瑞德西韦是由一直致力于抗病毒领域的吉利德科学公司研发（抗流感药物奥司他韦，商品名达菲，Z早也由吉利德研发，后卖给罗氏进行销售）。2013-2016年（西非）和2018-2019年（刚果）埃博拉病毒肆虐期间，各大制药公司掷重金进行抗埃博拉病毒 药物研发。由美国陆军传染病医学研究所，吉利德科学公司，美国CDC和波士顿大学医学院四家业内ding级实验室联合进行的瑞德西韦抗埃博拉病毒临床前药效学研究，于2016年发表在《自然》杂志^[3]。

瑞德西韦分子机制——前药(Prodrug)

三磷酸代谢物有效制止RdRp酶活性

RNA依赖型RNA聚合酶(RNA-dependent RNA-polymerases, RdRp)为广谱的抗病毒 药物开发靶点，目前以RdRp为靶点的抗冠状病毒 药物多为核苷类似物或RNA干扰类^[4]。瑞德西韦以前药(Prodrug)形式进入细胞后，通过三步转化为三磷酸代谢物NTP，NTP和天然ATP竞争结合病毒RdRp，插入RNA合成链中，引起病毒RNA合成终止，并YZRdRp酶活性（下图a）^[3]。

瑞德西韦结构上的1‘-氰基，一方面针对RdRp酶提供更好的针对ATP竞争的结合活性，另一方面针对病毒RdRp酶提供了比人源RNA聚合酶II和人源线粒体RNA聚合酶(h-mtRNAP)更好的选择性YZ。在Hela细胞水平，瑞德西韦对两种埃博拉病毒和另外三种病毒都有显著浓度依赖型YZ（下图c）；且在分子水平，瑞德西韦活性分子NTP能选择性YZ病毒RdRp酶活性（下图e蓝色），而对人源RNA聚合酶II（下图e黑色）和线粒体RNA聚合酶（下图e红色）无明显YZ作用^[3]。

瑞德西韦细胞活性——GX选择性

YZ病毒在细胞内复制

研究人员又通过进一步的细胞学实验，分别在不同的细胞模型上评价了瑞德西韦(GS-5734)对埃博拉病毒和其他RNA病毒的抗病毒活性。数据显示，瑞德西韦可在五种细胞模型，包括原代巨噬细胞上有效YZ埃博拉活性；并对呼吸道感染病毒，如RSV和MERS，以及出血热感染病毒，如JUNV和LASV病毒有一定YZ作用；但对其他病毒如CHIV，VEEV和HIV-1，无明显YZ（下表）^[3]。

2019年，在《柳叶刀传染病》杂志报道，美国CDC科研人员建立的Zoanthus绿色荧光蛋白(ZsG)标记的埃博拉病毒体外细胞表型快速评价方法（下图左），再次验证了瑞德西韦可在低浓度YZ两个品系(Ituri/Makona)的埃博拉病毒复制，并对细胞活性无明显影响（下图右）。对Ituri品系埃博拉病毒，EC50为12nm，SI(selectivity index,SI)为303倍；对Makona品系埃博拉病毒，EC50为13nm，SI为279倍[5]。

瑞德西韦体内药效——快速扩散至病灶区，

提高模式动物存活率

在恒河猴(rhesus monkeys)动物模型上，按10mg/kg计量静脉注射给药后，检测健康恒河猴体内瑞德西韦(下图a黑色) 及其代谢物，丙氨酸代谢物（下图a红色）,  单磷酸代谢物Nuc（下图a蓝色）和三磷酸代谢物NTP（下图a绿色），在不同时间点的血药浓度。数据显示瑞德西韦前药在体内两个小时内达到峰值，随后很快被清除；而其三磷酸活性代谢物NTP在体内，特别是外周血单核细胞(PBMCs)内，可在更长的时间内维持高血药浓度。通过同位素14C标记瑞德西韦药物后，进一步研究药物在体内分部发现，药物可快速到达睾丸、附睾、眼睛和脑部（下图b）^[3]。

通过病毒暴露动物模型实验，瑞德西韦通过静脉注射给药后，可显著提高恒河猴实验动物的存活率，特别是在病毒暴露3天后按10mg/kg计量的给药组，其28天后存活率和空白对照组同样可达（下图d），且通过核酸定量方法进一步验证，给药组体内的病毒RNA拷贝数与空白对照组相比得到明显YZ（下图e）^[3]。

瑞德西韦抗病毒 药物机制总结

瑞德西韦以RdRp酶为药物靶点，在广谱抗病毒核苷类似物YZ剂中脱颖而出，主要归因于以下三点：1) 对其药物靶点RdRp酶，比其天然底物ATP有更高的竞争亲和性；2）在体外细胞水平，可GX选择性的YZRNA病毒在细胞内复制，并无明显细胞毒性。3）在体内动物水平，有良好的药代学基础，其活性代谢物NTP可快速扩散至病灶，YZ体内RNA复制，提高病毒暴露后模式动物存活率。

抗病毒 药物实验设计及仪器&试剂摘录列表^[3，5]

“工欲善其事，必先利其器”。在以上瑞德西韦抗病毒 药物研发实验设计及检测过程中，珀金埃尔默在每一个环节都给一线的科学家们提供了GX的“实验武器”：经典的同位素标记技术，准确分析RdRp活性和药物组织分布；业内金标准EnVision多模式读板仪和高内涵成像表型分析平台Opera/Operetta，快速进行细胞内病毒感染和药物毒性评价；自动化NGS文库制备工作站Sciclone G3，加速病毒基因组快速分析。

扫描下方二维码，即可查看珀金埃尔默病毒感染疾病研究整体解决方案。

参考文献

1.First Case of 2019 Novel Coronavirus in the United States. NEJM Jan 2020.

2.http://www.wuhan.gov.cn/2019_web/whyw/202002/t20200207_304511.html

3.Therapeutic efficacy of the small molecule GS-5734 against Ebola virus in rhesus monkeys.  NatureMarc-h  2016.

4.Coronaviruses — drug discovery and therapeutic options.  NATURE REVIEWS DRUG DISCOVERY May 2-016

5.Characterisation of infectious Ebola virus from the ongoing outbreak to guide response activities in the D-emocratic Republic of the Congo: a phylogenetic and in vitro analysis. The Lancet Infectious Diseases Jul-y 2019