Darunavir

21世纪以来，人畜共患疾病因其暴发导致的发病率和死亡率上升而成为重大公共卫生问题。SARS-CoV（2002-2003年）、MERS（2012年）、埃博拉（2014-2016年）及尼帕病毒的暴发凸显了这一威胁日益频繁且呈现全球化趋势。2022年初猴痘的 emergence 是人畜共患疾病 rise 的典型例证，该病毒此前被认为主要流行于中非和西非地区，但近期在美国和欧洲的暴发表明人畜共患疾病具有超越地理边界、从地方性流行演变为大流行威胁的潜力。猴痘病毒（Monkeypox virus, MPV）、痘苗病毒（Vaccinia virus）和天花病毒（Variola virus）同属正痘病毒属（Orthopoxvirus），具有显著的基因和结构相似性。鉴于目前尚无针对猴痘的特异性获批药物，药物重定位（drug repurposing）已成为填补这一空白的有前景策略。本研究采用描述性分析方法，评估38种美国食品药品监督管理局（FDA）批准药物对正痘病毒属关键靶蛋白的抑制潜力，并以FDA批准用于天花治疗的抗病毒药物特考韦瑞（tecovirimat, TECO）作为参考化合物进行对比研究。研究人员通过分子对接（molecular docking）和分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟技术，系统探究了这些药物与四种正痘病毒属靶蛋白的相互作用，旨在为猴痘治疗提供快速、经济有效的候选药物方案。研究背景与问题提出：21世纪以来，人畜共患疾病因其暴发导致的发病率和死亡率上升而成为重大公共卫生问题。SARS-CoV、MERS、埃博拉及尼帕病毒等 recent outbreaks 凸显了这一威胁的日益频繁与全球化趋势。2022年初猴痘的 emergence 尤为典型，该病毒此前被认为主要流行于中非和西非地区，但近期在美国和欧洲的暴发表明人畜共患疾病具有超越地理边界、从地方性流行演变为大流行威胁的潜力。猴痘病毒、痘苗病毒和天花病毒同属正痘病毒属，具有显著的基因和结构相似性；天花疫苗可提供针对天花病毒的免疫保护，显示了正痘病毒间交叉保护的潜力。猴痘作为一种DNA病毒，临床表现包括皮肤病变、发热和淋巴结肿大，与天花症状相似。其传播途径包括动物咬伤、直接接触感染动物体液或呼吸道飞沫，构成重大公共卫生威胁。尽管疫苗接种和针对相关病毒的治疗是有效的预防手段，但目前尚无特异性获批用于猴痘治疗的药物。药物重定位策略通过利用现有药物已确立的安全性特征和药理学特性，识别其新的治疗应用，从而缩短开发时间、降低失败风险和成本，已成为应对新发传染病的有前景方法。例如，原本用于天花治疗的特考韦瑞已被FDA和世界卫生组织 repurposed 用于猴痘的紧急使用授权；西多福韦及其衍生物布林多福韦也显示出抗猴痘活性；瑞德西韦最初用于抑制SARS-CoV-2复制，后获紧急使用授权。然而，这些 repurposed 药物的临床应用仍需进一步验证。近年来，计算方法（in silico techniques）如分子对接（molecular docking）和虚拟筛选（virtual screening）已革新了药物发现和重定位工作，能够以较高准确性预测药物-受体相互作用，显著减少实验验证所需的时间和成本。因此，本研究旨在利用计算进展中的 repurposed 治疗手段，探索现有药典在加速药物开发、缓解全球健康危机中的作用，为传染病管理的发展提供创新思路。本研究发表于《Journal of Taibah University Medical Sciences》。关键技术方法概述：本研究采用描述性分析（descriptive-analytical approach）方法，选取38种FDA批准药物（涵盖抗病毒药、蒽环类抗癌药、抗逆转录病毒HIV-1蛋白酶抑制剂及丙型肝炎病毒NS3/4A蛋白酶抑制剂四类），通过AutoDock Vina进行分子对接虚拟筛选，评估其与四种正痘病毒属靶蛋白的相互作用：痘苗病毒胸苷酸激酶（vaccinia virus thymidylate kinase, PDB ID: 2V54）、猴痘病毒VP39甲基转移酶（MPV methyltransferase VP39, PDB ID: 8B07）、痘苗病毒脱帽酶D9（vaccinia virus decapping enzyme D9, PDB ID: 7SEZ）以及猴痘病毒A42R前纤维蛋白样蛋白（MPV A42R profilin-like protein, PDB ID: 4QWO）。配体结构从PubChem数据库获取并经MMFF94力场优化；靶蛋白结构从PDB数据库获取，使用BIOVIA Discovery Studio Visualizer进行去水、去杂原子、加氢等预处理。对接参数采用默认值，包括取向和扭转角7.5、代数27,000、能量评估250,000次。分子动力学模拟使用GROMACS软件进行100 ns的模拟，采用TIP3P水模型进行溶剂化，以Na?/Cl?中和系统，经5000步能量最小化后进行NPT和NVT平衡（1 atm, 310.15 K），通过均方根偏差（root mean square deviation, RMSD）、均方根涨落（root mean square fluctuation, RMSF）和氢键（hydrogen bond, HB）直方图分析评估复合物稳定性和动态行为。研究结果：分子对接研究：研究人员对38种FDA批准药物及参考药物TECO进行了分子对接研究。针对痘苗病毒胸苷酸激酶（PDB ID: 2V54），抗逆转录病毒HIV-1蛋白酶抑制剂表现最优，其中沙奎那韦（saquinavir, SAQU）结合能为?9.5 kcal/mol，茚地那韦（indinavir, INDI）为?9.4 kcal/mol，显著优于TECO的?7.5 kcal/mol；该类药物中洛匹那韦（lopinavir, LOPI）?8itol/mol、替拉那韦（tipranavir, TIPR）?8.2 kcal/mol及达芦那韦（darunavir, DARU）?7.9 kcal/mol也表现良好。HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂中，格卡瑞韦（glecaprevir, GLEC）?8.9 kcal/mol、司美匹韦（simeprevir, SIME）?8.7 kcal/mol及帕利瑞韦（paritaprevir, PARI）?8.6 kcal/mol优于TECO。蒽环类药物中多柔比星（doxorubicin, DOXO）和表柔比星（epirubicin, EPI）均为?7.1 kcal/mol，略低于TECO但仍具潜在应用价值。抗病毒药物普遍结合较弱（?4.5至?6.3 kcal/mol）。针对猴痘病毒VP39蛋白（PDB ID: 8B07），PARI以?9.0 kcal/mol结合能最强，GLEC ?8.7 kcal/mol、Idarubicin（IDAR）?8.6 kcal/mol、索磷布韦（sofosbuvir, SOFO）?8.4 kcal/mol及SIME ?8.3 kcal/mol紧随其后。这些药物主要为HCV抑制剂和蒽环类药物，具有高重定位潜力。针对痘苗病毒脱帽酶D9（PDB ID: 7SEZ），DARU以?10.6 kcal/mol表现最佳，TIPR ?10.1 kcal/mol，SAQU、LOPI及奈非那韦（nelfinavir, NELF）均为?10.0 kcal/mol；阿扎那韦（atazanavir, ATAZ）和SIME均为?9.7 kcal/mol，均优于TECO的?7.5 kcal/mol。针对猴痘病毒A42R蛋白（PDB ID: 4QWO），多种药物结合能强于TECO的?9.3 kcal/mol，其中PARI为?10.4 kcal/mol、SIME为?10.3 kcal/mol最优，GLEC与TECO相当（?9.3 kcal/mol）。综合四种靶蛋白，DARU对7SEZ结合能最高（?10.6 kcal/mol），SIME次之（?10.3 kcal/mol对4QWO），TIPR为?10.1 kcal/mol；INDI和SAQU对2V54分别为?9.4和?9.5 kcal/mol；PARI对8B07为?9.0 kcal/mol。PARI、SAQU和GLEC对多个靶点均表现高结合能，具有广谱抑制潜力。结合相互作用分析：研究鉴定了关键氨基酸残基在药物-蛋白结合中的作用。针对2V54，SAQU与ARG-41（2.1 ?）和ASP-13（2.3 ?）形成强氢键，并与MET-22（3.6 ?）和GLN-40（3.3 ?）形成疏水相互作用；INDI与ARG-137（2.5 ?）和ARG-41（2.3 ?）形成氢键，与GLY-16（3.4 ?）和TYR-35（2.6 ?）形成疏水相互作用。针对8B07，TECO与TYR-189形成两个氢键（2.6 ?、3.6 ?），并与PHE-115（4.2 ?）和ARG-97（4.1 ?）形成疏水接触；PARI通过PHE-293（3.8 ?）和ASN-273（4.1 ?）强烈结合，并与LYS-274（4.0 ?）形成疏水相互作用。针对7SEZ，DARU复合物形成四个氢键（ARG-50 2.4 ?、HIS-33 3.0 ?、GLU-130 2.6 ?、LYS-198 2.2 ?）及疏水相互作用（TYR-158 2.3 ?）；TIPR与HIS-33形成两个氢键（2.3 ?、2.6 ?），与ARG-50形成另一氢键（3.1 ?），并通过GLN-57（2.5 ?）稳定。针对4QWO，SIME与LYS-26（2.1 ?、2.4 ?）和LYS-29（2.5 ?）形成氢键，与HIS-100（3.2 ?）形成疏水键；GLEC通过SER-12（2.4 ?、2.5 ?）和ARG-38（2.8 ?）形成氢键，与ILE-35（3.6 ?）形成疏水相互作用。这些多重氢键和疏水相互作用增强了药物在病毒活性位点的稳定性。基于对接结果，研究人员选择了DARU、SIME、TIPR、INDI、SAQU、PARI、IDAR和GLEC进行分子动力学模拟验证。分子动力学模拟：DARU复合物：RMSD在0.15–0.35 nm范围内；复合物RMSD在20 ns后出现较大偏差，50 ns后稳定性质改变。RMSF显示蛋白-配体复合物波动大于蛋白本身，60–80和110–140区域波动最高。HB直方图显示氢键数为2–6，起始帧有六个氢键，逐渐减少至两个。GLEC复合物：蛋白RMSD在2.0–2.5 nm间相对稳定，配体加入后RMSD随时间增加（2.0 nm至3.0 nm）。RMSF显示复合物在10–20、25–35、40–50 nm区域高于蛋白，50–65 nm区域低于蛋白。HB范围为2–5个键，起始250帧较低，后多超过三个氢键。SAQU复合物（首次描述）：复合物结构在1.6–2.2 nm间有轻微波动（53–75 ns），75–100 ns达平衡并保持稳定；平均RMSD 1.3 nm。蛋白于1.6 nm处43 ns达平衡。RMSF两者高度相似，低于0.4 nm，30–70和90–100区域有明显偏差。HB频率1–5，多数情况下为1–3个氢键。SIME复合物：前50 ns蛋白与复合物行为相似，复合物RMSD从1 nm开始，蛋白从1.7 nm开始；50 ns后蛋白RMSD略高于复合物。RMSF高度相似，70–80区域复合物波动最高（0.4 nm），35–45区域有明显差异。HB最多三个，前半段多为两个，后半段为一个。SAQU复合物（二次描述，信息重复）：复合物在2–2.5 nm波动20–30 ns后达平衡，后维持至100 ns；平均RMSD 2.3 nm。蛋白30–43 ns于0.12 nm波动，43 ns后在0.3–0.15 nm平衡；平均0.3 nm。RMSF低于0.4 nm，40–70及130–160区域有偏差。HB频率1–10，多数1–3个，部分4–6个，少数7–10个。TECO 4QWO复合物：蛋白RMSD 0.1–0.15 nm相当稳定；复合物RMSD升高至1–2 nm，40 ns有尖锐变化。RMSF 35–60区域复合物波动更大。HB 1–3个，平均两个，后500帧较前半段更多。TIPR复合物：蛋白RMSD 0.2–0.3 nm；复合物20 ns后构象变化，RMSD升至3 nm以上。RMSF 25–35、55–70、175–185、190–205区域复合物波动较大，110–120及最后10个残基波动最高。HB主要为单个氢键，少数情况下两个。讨论与结论：猴痘病毒的持续传播迫切需要有效治疗手段的开发。新药研发耗时长、资源密集，因此重定位现有FDA批准药物是获得实用、高效解决方案的合适策略。本研究通过分子对接分析了38种批准治疗药物作为潜在MPV蛋白抑制剂的潜力，并通过分子动力学模拟验证了筛选结果。研究结果表明，DARU、SIME、TIPR、INDI、SAQU、PARI、IDAR和GLEC具有优于参考药物TECO的对接分数，显示其作为更广泛谱抗病毒候选药物的潜力。分子动力学模拟在生理条件下进一步验证了这些结果，确认了结构稳定性和持续相互作用；配体稳定结合于靶点活性位点内，表现出持续的氢键和良好的动态行为。这些结果支持了对接预测的可靠性，并凸显了所选化合物作为MPV蛋白稳定有效抑制剂的潜力。研究结论：猴痘病毒的再次兴起是全球性健康问题，凸显了快速识别有效抗病毒治疗手段的迫切需求。本研究系统运用分子对接和分子动力学模拟，评估了38种FDA批准药物（包括HCV NS3/4A蛋白酶抑制剂、抗逆转录病毒HIV-1蛋白酶抑制剂、抗癌药和抗病毒药）对四种关键正痘病毒属蛋白靶点的抑制潜力。结果显示，DARU、SIME、TIPR、INDI、SAQU、PARI、IDAR和GLEC具有更优的对接分数，与参考药物TECO相比，显示其作为更广泛谱抗病毒候选药物的潜力。分子动力学模拟在生理条件下进一步验证了对接结果，确认了结构稳定性和持续相互作用；配体在其靶点活性位点内保持稳定的结合，并表现出持续的氢键和良好的动态行为。这些结果支持了对接预测的可靠性，并突出了所选化合物作为MPV蛋白稳定有效抑制剂的潜力。