根据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）的最新数据统计，截止至2022年2月8日，全球累计新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染病例总数已接近4亿，包括超过574万的死亡病例。其中，美国的累计确诊病例高居第一，共计约7589万；印度次之，约为4234万。尽管这两年多来，各国都在费心于疫苗的研制，但在新冠变种不断更新迭代的背景下，缺乏有效的抗病毒疗法才是此进程中的一个极大威胁与漏洞。

2021年2月7日，《自然》（Nature）期刊以“加快评审文章”（Accelerated Article Preview）形式，在线发表了一篇关于抗新冠药物的最新论文“Pyrimidine inhibitors synergize with nucleoside analogues to block SARS-CoV-2”。

在此项研究中，研究人员利用人呼吸道上皮细胞（respiratory epithelial cells）进行活病毒感染，对约18,000种具有抗病毒活性的不同药物进行筛选，从中确认了122种针对新冠病毒表现出良好抗病毒活性和选择性的候选药物，其中包括了一部分已获批准用于治疗新冠的核苷类似物（nucleoside analogs）抗病毒产品。此外，研究还发现了一种全新的高效“联合疗法”，即将嘧啶生物合成抑制剂与抗病毒核苷类似物结合使用，从而在体外和体内“协同”抑制SARS-CoV-2毒株的感染情况。

Figure 2. Pyrimidine inhibitors synergize with nucleoside analogues to block SARS-CoV-2 (Source: Nature) [2]

SARS-CoV-2是一种单链RNA病毒，通过利用病毒编码的RNA依赖性RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRp）进行RNA的复制过程。而核苷类似物则可干扰这一步骤——一旦被RdRp“掺合”到不断增长的病毒RNA链中，RNA复制过程就会因核苷类似物的存在而被迫终止或是产生突变，病毒的复制即会因此受到波及和抑制。目前，核苷类似物已成为一大类可被直接用于抗病毒的获批药物。由于RdRp在不同病毒中的结构相对保守，研究人员认为，一些已有的核苷类似物或对新冠病毒也存在抑制效力。

人呼吸道上皮细胞是SARS-CoV-2在体内的主要细胞靶点。为了迅速找到潜在的有效药物，科学家们利用人呼吸道上皮细胞系Calu-3展开了小分子化合物库的筛选。该化合物库囊括了约18,000种药物，其中大部分已在人体中进行过测试：包含已获批的药物、正在进行临床试验的药物和已知靶点的具有抗病毒活性的药物。

研究人员在对Calu-3进行上述药物的预处理之后，再利用原始的新冠病毒（WA1）对细胞进行感染。48小时后，使用针对dsRNA的抗体对感染的严重程度进行定量评估。

在综合评估对新冠病毒的抑制能力以及毒性后，122个化合物分子从近2万名“参赛选手”中脱颖而出。它们分属于不同类型，其中约13%属于核苷类似物，包括目前已被全球多个监管机构批准的抗新冠病毒药物——瑞德西韦（remdesivir）与莫诺匹韦（molnupiravir）。

Figure 3. From ~18,000 compounds, 122 show activity. (Source: Nature)

如前所述，在DNA或RNA的复制过程中，核苷类似物可扮演“合成类似物”的角色，通过细胞聚合酶的作用蒙混进DNA或RNA中以抑制细胞分裂；但除此之外，它们还可作用为一种抗代谢物，通过抑制核苷生物合成酶来消耗复制所需的脱氧核苷酸和核苷酸的供应，从而达到抑制核苷合成的目的。这种方式的优势在于，这类分子在能够在发挥抗病毒功效的浓度下，不对所作用的细胞产生毒性。

通过先前的大规模筛选，具有抑制核苷合成功能的核苷类似物被发现，为了确定这些核苷类似物抗病毒活性的广度，研究人员对一组允许感染SARS-CoV-2的细胞株进行了测试。结果发现，不同分子表现出各自的细胞特异性活性和毒性：例如，结核菌素（tubercidin）在Calu-3、Caco-2（人肠上皮细胞系）和Huh7.5（人肝细胞系）中有显示出抗病毒活性，而在A549-Ace2（人呼吸道细胞系）和Vero细胞系（非洲绿猴肾细胞）中具有毒性；相反，硫鸟嘌呤（thioguanine）和巯嘌呤（6-Mercaptopurine）则在Calu-3和A549-Ace2细胞系中具有活性，但却未在Caco-2或Vero细胞系中表现出活性。RT-qPCR的最终结果检测显示，瑞德西韦和莫诺匹韦显示出的抗病毒活性最佳。

这个发现具有重要的启示，因为同样是核苷类似物，瑞德西韦和莫诺匹韦却属于不同的核苷衍生物，前者为腺苷类似物，后者则为胞嘧啶类似物。因而研究人员认为，根据作用的通路不同，或能借助两两结合的方式发挥“一加一大于二”的抗病毒协同作用。

如上图所示，嘧啶的生物合成需要DHODH与UMPS的参与。通过监测处理过后的核苷库，研究人员们发现，若将DHODH抑制剂（BAY-2402234和Brequinar）/UMPS抑制剂（pyrazofurin）与瑞德西韦/莫诺匹韦联用，均能发挥惊人的协同效应；相反，如果只是将瑞德西韦与莫诺匹韦这两者联用，虽也能表现出良好的治疗效果，但仅仅只是简单的疗效累加情况。

后续，研究人员还针对不同的新冠变种进行了测试，明确此种“联合”抗病毒疗法在不同的变种中均能表现出良好的疗效。而这一结果无疑为新冠感染的临床治疗带来全新的新药开发思路。

Reference：
[1]World Health Organization: WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard
https://covid19.who.int/
[2]Nature: Pyrimidine inhibitors synergize with nucleoside analogues to block SARS-CoV-2. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04482-x