2021年1月25日，南方科技大学理学院副院长、南方科技大学生物医药研究院院长、化学系讲席教授张绪穆团队携手中山大学医学院院长郭德银教授和广东省实验动物监测所副所长张钰，在《药物化学杂志》（Journal of Medicinal Chemistry）杂志发表了题为 “Remdesivir Metabolite GS-441524 Effectively Inhibits SARS-CoV-2 Infection in Mouse Models（瑞德西韦代谢物GS-441524在小鼠模型中有效抑制SARS-CoV-2感染）” 的研究论文。

图1. 杂志封面

此次新冠疫情在世界范围内各领域都带来了的极大影响。根据国际货币基金组织的预测，2020年，全球经济下滑4.4%（损失11万亿美元），也是二战以来最严重的衰退，2020年到2025年甚至将损失28万亿美元。如果没有阻断新冠病毒传播的新药或者疫苗普及，病毒的威胁将一直存在，全球经济的复苏将持续不平衡且不稳定。在文章发表之前，吉利德科学公司研发的瑞德西韦是唯一正式获批的新冠病毒治疗药物。然而，世界卫生组织对瑞德西韦开展的大规模团结试验的结果显示其有效性仍存在疑问。此外，瑞德西韦的注射用药方式给药物的广泛使用也带来了一定难度。因此，可口服且疗效更好的改良药的快速研发将是十分重要的攻关任务。

在这样的大背景下，张绪穆团队比较了瑞德西韦代谢产物GS-441524（脱去磷酰胺的核糖核苷母核）和瑞德西韦的体外抗新型冠状病毒SARS-CoV-2活性，并首次报道了GS-441524在小鼠体内对SARS-CoV-2和小鼠肝炎病毒（MHV）感染的治疗作用。GS-441524的合成与瑞德西韦相比，步骤短，成本低，可以作为更易合成的、药代性质更稳定的候选药物，该研究为GS-441524的临床实验及抗新冠药物研发提供了指导。

首先，研究团队比较了GS-441524和瑞德西韦在Vero E6 (非洲绿猴肾) 、Calu-3 (人肺腺癌) 和Caco-2 (结直肠腺癌) 细胞系中的抗SARS-CoV-2活性：GS-441524和瑞德西韦以剂量依赖的方式有效抑制SARS-CoV-2的复制，且不影响细胞增殖(图2)。比较Vero E6、Calu-3和Caco-2细胞细胞内病毒RNA载量发现GS-441524和瑞德西韦的抗病毒活性与上清中观察到的趋势相似。文章评估了GS-441524和瑞德西韦的细胞毒性，在浓度高达50 μM时，GS-441524处理不会降低细胞活力，表明其安全性良好。

图2.瑞德西韦和GS-441524在体外能有效抑制SARS-CoV-2的复制，Vero E6 (A), Calu-3 (B) and Caco-2 (C)。用qRT-PCR定量细胞上清(D)和细胞(E)中的病毒RNA。

SARS-CoV-2通过受体human angiotensin-converting enzyme 2（hACE2）入侵细胞，而小鼠同源受体mouse ACE2由于氨基酸关键位点差异，不能介导病毒入侵。研究团队用腺病毒相关病毒 (AAV) 载体表达hACE2，构建了SARS-CoV-2感染和发病的转导小鼠，SARS-CoV-2-感染的小鼠表现出显著的体重降低、严重的肺部病理损伤和在肺部的高滴度病毒复制 (图3)。在研究GS-441524在大鼠中的药代性质后，利用此小鼠模型评价了化合物对新冠病毒感染的治疗效果，发现注射GS-441524的小鼠在接种病毒后2天肺部病毒得到明显清除。感染10天后取肺组织，病理切片显示气管、肺泡周围空间到间质的炎症细胞浸润减轻。这些研究结果显示了GS-441524在体内可以大幅度清除SARS-CoV-2病毒，并且有效的缓解症状。 

图3. GS-441524在AAV-hACE2小鼠模型中的抗SARS-CoV-2效果。 (A)对照组(黑色)和GS-441524处理组(红色)小鼠体重变化；(B)每组2 dpi采集3只小鼠肺组织的病毒滴度； (C) hACE2转导小鼠肺组织苏木精-伊红 (H&E) 染色。比例尺为500 μm (上图)和100 μm （下图）

MHV与SARS-CoV-2同属于β属冠状病毒，MHV-A59 感染导致小鼠肝炎，可作为快速评估抗冠状病毒药物的实验模型。最后，研究团队测试了GS-441524对小鼠感染MHV的疗效。小鼠滴鼻接种MHV-A59病毒后随机分为6组，给药组B1和B2分别采用灌胃或腹腔注射GS-441524处理MHV感染小鼠。研究发现GS-441524 能有效降低肝脏中的病毒载量，药物灌胃或静脉注射均显示100%的存活率，与未加药组87.5%的死亡率相比显著降低小鼠死亡率，且药物不引起体重显著下降。这表明GS-441524具有强有效的抗MHV活性与良好的安全性(图4)。

图4. GS-441524对MHV-A59小鼠的抗病毒作用。(A) 小鼠生存曲线；(B) 6组动物的体重；(C)qPCR测定小鼠肝脏中的病毒滴度；(D) 蚀斑实验测定小鼠肝脏中的病毒滴度。

图5.  瑞德西韦的体内代谢。

虽然瑞德西韦已获FDA批准用于COVID-19的治疗，但其疗效仍存在疑问。由于瑞德西韦的分子合成步骤长、价格昂贵且需要强制性的静脉注射，其应用和可及性将受到限制。从结构上看，瑞德西韦是一种McGuigan核苷前药，在体内水解为单磷酸化合物GS-704277后再通过两步磷酸化得到活性核苷三磷酸类似物(GS-443902，图5)。类似于GS-441524这样的核苷初始转化为一磷酸化合物被认为是限速步骤，然而从GS-441524与瑞德西韦的抗新冠活性在同一数量水平得知，GS-441524在细胞内能有效转化为磷酸化的活性形式。其在治疗COVID-19有以下两方面优于瑞德西韦：

1. GS-441524与瑞德西韦相比，结构简单、合成步骤短，成本低廉，适合作为疫情应急药物快速大量生产。

2. 瑞德西韦的临床药代动力学研究表明代谢产物GS-441524在人体中半衰期约为27 h，具有良好的药代性质。本论文的研究结果支持GS-441524抗COVID-19及其他冠状病毒感染的安全有效性，凸显了开展治疗COVID-19临床试验研究的必要性。

研究负责人张绪穆教授表示，基于上述研究基础与南科大高效小分子合成平台，团队在研发口服有效的新型RdRp抑制剂药物方面进行了探索，已经设计并合成了一系列核苷类似物。目前，化合物“SHEN26”作为治疗COVID-19候选化合物正在进行临床前研究。

南方科技大学研究副教授李迎君与中山大学医学院博士后曹流为本论文共同第一作者，南方科技大学生物医药研究院院长张绪穆、中山大学医学院院长郭德银和广东省动监所所长张钰为本论文的共同通讯作者。南方科技大学为第一作者单位。

本项目获得了深圳市科技创新委员会基础研究项目、深圳湾实验室和国家自然科学基金资助项目等资助，得到了广东省科技厅和广东省动监所的大力支持，是目前南科大重要的新冠药物研究成果，为南科大在未来更为精准、完善的新冠科研攻关与药物研发提供重要的前期积累和技术支撑。

原文链接： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.0c01929

供稿单位：南方科技大学化学系，南方科技大学生物医药研究院

通讯员：李官官