nature | 杨海涛/饶子和/何大一团队合作揭示新冠病毒对Paxlovid耐药的分子机制

SARS-CoV-2是导致2019年冠状病毒病大流行(COVID-19)的病原，该疾病已在全球造成巨大的死亡和经济损失。尽管COVID-19疫苗具有临床益处，但这次大流行仍在持续，新的变体不断出现。奈玛特韦是一种靶向病毒主蛋白酶(M^pro)的特异性抑制剂，当与Paxlovid(nirmatrelvir/ritonavir组合，中译名：奈玛特韦/利托那韦)联合使用时，在高风险、非住院和未接种疫苗的患者中显示出很高的治疗效果，因此已获得美国FDA的批准。现实世界的证据也证明了早期使用这种抗病毒药物的益处，并且奈玛特韦对新出现的病毒变体的活性仍然完好无损，尽管人们对治疗后SARS-CoV-2感染的反弹以及药物-药物相互作用感到担忧。

与用于进入的刺突蛋白不同，M^pro在冠状病毒中具有良好的保守性，并且在天然SARS-CoV-2变体中显示出低得多的突变频率。来自病毒感染和癌症治疗的证据表明，突变逃逸和最终产生治疗耐药性通常与单药靶向治疗有关。对于SARS-CoV-2患者，这些问题在免疫功能低下或其他患者中特别值得关注，这些患者可能导致持续感染，其中病毒很容易发生突变。事实上，已经有多例病例报告称，在接受该药物治疗的免疫功能低下的个体中，出现了对瑞德西韦(一种SARS-CoV-2 RNA依赖性RNA聚合酶抑制剂)的耐药性，这与治疗失败有关。

突变体残基在M^pro上的位置（图源自Nature ）

因此，值得关注的是，SARS-CoV-2是否会在使用期间同样进化为对奈玛特韦产生耐药性。最近，在奈玛特韦的选择压力下，通过体外病毒传代，通过M^pro的突变确定了几种不同的耐药途径。值得注意的是，M^pro中的E166V突变赋予了最强的奈玛特韦耐药性，但也损害了复制适应性，这可以通过其他突变(T21I和L50F)来补偿，同时将奈玛特韦耐药性维持在相当水平。此外，在其M^pro中含有T21I、L50F和E166V突变的SARS-CoV-2变体已经在现实病例中被发现，并在GISAID数据库中报告，因此迫切需要揭示耐药性的详细分子机制，这可能为未来的药物开发提供线索。

该研究分别测定了M^pro突变体与抑制剂或底物复合物的高分辨率晶体结构，并进行了体外酶分析和基于细胞的抗病毒试验，以探究SARS-CoV-2对奈玛特韦耐药的潜在分子机制。对Mpro突变体与药物或底的14种复合物结构的综合研究表明，S1和S4亚位的突变显著降低了抑制剂的结合，而S2和S4亚位的突变意外地增加了蛋白酶活性。这两种机制都促成了奈玛特韦耐药性，而后者弥补了前者酶活性的损失，这反过来又解释了之前观察到的病毒复制适应性的恢复。在另一种临床相关的M^pro抑制剂恩赛特韦中也观察到这种情况。这些结果揭示了SARS-CoV-2进化为对当前蛋白酶抑制剂产生耐药性的机制，并为设计下一代M^pro抑制剂提供了基础。

本项工作由上海科技大学、哥伦比亚大学、南开大学和重庆医科大学等多家单位合作完成，上海科技大学为第一完成单位。上海科技大学博士研究生段胤凯、硕士研究生周浩、南开大学副研究员刘祥、哥伦比亚大学Sho Iketani博士、重庆医科大学博士后林萌萌（上海科技大学访问学者）为论文的并列第一作者。上科大免化所和生命学院双聘教授杨海涛、哥伦比亚大学何大一院士为本论文共同通讯作者。晶体衍射数据收集在上海同步辐射光源和英国Diamond光源完成。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06609-0

来源：iNature