例如,利用某些蛋白质在空间上的排列特性,还可以让蛋白组装成空心笼子的形状,这种结构或材料称为蛋白笼。笼子中间可以包装DNA和RNA,可以做蛋白分选,或者把药物分子包裹在里面,称为蛋白笼形结构。实际上,病毒就可以看成是一种天然的蛋白笼子,蛋白构成外壳,里面圈着核酸。可以想象到的任何材料,理论上都可以用蛋白来做。而且用蛋白这种生物大分子制造的材料,有时会比常规材料特性更优,比如生物兼容性好、易于通过化学修饰改变其特性等。 又如设计环状多肽不太受氨基酸侧链的限制,可以在环状的侧链上进行很多改造,引入多种非天然氨基酸,设计一个非天然氨基酸基团,这个基团可以特异性地结合到组蛋白去乙酰化酶(HDAC,是一类重要的染色体结构修饰酶,也是药物靶点)的催化活性位点上。相当于有一个桩子,这个桩子可作为药物的前体,继续延伸。延伸出来的多肽可以提供更好的选择特异性,因为多肽可以和蛋白其他地方形成相互作用,进一步提升结合的特异性。加了非天然氨基酸之后,可以实现原来无法实现的功能,这是引入非天然氨基酸的比较好的地方。 【2、三台半夏与治新冠肺炎病毒畅想】 具有抗病毒肽活性的拟设定制分子半夏素,研究多种拟肽候选物之间不同的分子特征如何?以及为什么会影响抗病毒活性和选择性?拟设半夏素为定制医治冠肺炎病毒的药物,即拟设半夏素蛋白质纳米颗粒是一种核苷类似物前体,是一种广谱抗病毒药。半夏素会被细胞代谢成一种三磷酸核苷,半夏素产生的核苷酸类似物是能够被RNA依赖的RNA聚合酶识别的聚合酶。因为冠状病毒的复制机理是: A、冠状病毒要通过表面上的S蛋白,与宿主细胞上的受体结合,这样才能进入细胞。人体的免疫系统发挥作用,就是制造病毒结合性抗体,阻止冠状病毒进入人体细胞。 B、冠状病毒进入人体细胞之后,它首先要进行病毒蛋白的合成和剪切,然后复制出下一代的病毒RNA,这一阶段病毒要用到病毒蛋白酶来帮助自己合成剪切蛋白,这是可以利用来设计抗病毒药物的第一个关键点。 C、母病毒将自己的RNA序列信息转录到下一代病毒,然后形成完整的病毒,再释放到人体细胞外部。这一阶段病毒要利用RNA复制酶来完成转录和复制RNA的使命,这是可以利用来设计抗病毒药物的第二个关键点。所以半夏素拟设定制之初,是要阻断新冠肺炎病毒的RNA复制酶发挥作用。因此半夏素在细胞中要能表现出体外活性;与病毒蛋白酶抑制剂相比,半夏素可能不容易产生耐药性。 这里聚合酶是RNA自我复制时候的酶,对新冠病毒这样的RNA病毒来说,经聚合酶完成RNA的复制,就是繁殖的核心。 如果类似于半夏素代谢生成的三磷酸核苷,被聚合酶当作一个普普通通的核苷酸,加入了RNA链,但假的RNA复制,会卡住进行不下去,病毒的繁殖就停止了──这是理想的情况──半夏素竞争,主要是三磷酸腺苷(ATP),但不同的聚合酶对它的选择性不一样。 如人线粒体聚合酶的选择性就非常强,是不是放半夏素就能马上中止RNA链延长,就得看病毒本身的聚合酶对半夏素代谢生成的三磷酸核苷的识别度的高低。如果被识别出来,就会停止病毒复制。 这里缺点在于核苷类似物类的抗病毒药,有一个普遍的弱点,它们依赖酶的识别,但病毒又变异得很快,万一酶变异了不识别它们了就会产生耐药性。这时候在原来的基础上,再搞结构改造做个新的药物很麻烦──这类药,有一个研究思路,是用天然的核苷做结构改造。 拟设半夏素定制的时候就是想这样改的,左边是一种天然有细胞毒性的核苷,右边是半夏素;可以看到主要差别,在碱基和核糖链接的碳氮键上,半夏素改成了碳碳键,加了个氰基。 以前做结构改造,都不考虑这个1号位的,给它加基团,就特别不稳定──碱基和糖很容易就分,而碳碳键很稳定,而R基里面氰基抗病毒效果最好。2019年12月以来,全球多地出现新型冠状病毒肺炎(COVID-19)病例,且数量激增,疫情严峻。这时的“需求”和“市场”驱动,还不是科技驱动,不需要太多顶级的分子生物结构化学研究型人才,但关键的是生产出来的医治冠肺炎病毒的药物能缓解疫情;能卖出去,就可以扩大再生产,甚至产业升级。国内中医药参与了疫情防控,效果确实也彰显了中医药的独特优势。 COVID-19重症症状,与中医胸痹症极为吻合。而半夏素也是治疗胸痹症的要药。该方或其化裁方,在多地新冠肺炎诊疗方案,也曾被推荐过,中西医结合也治愈过多名新冠肺炎重症患者。 以上拟设半夏素为定制医治冠肺炎病毒的药物,主要是对它的现代药理作用进行分析,为其防治COVID-19提供理论依据,为未来治疗COVID-19提供临床参考──尽管充满定制分子的未来超出人们的想象,但就像纳米颗粒新蛋白质本身会自发折叠一样,我们祝愿充满这类分子的一天会顺势而来。针对新冠肺炎病毒,拟设定制分子半夏素合成肽模拟物,成为可对抗新冠肺炎病毒之一的药品,原理之一是类肽类,刺穿病毒的保护层,导致其分解和失活。 除了抗体和白细胞外,免疫系统还使用肽类来对抗其他病原体和病毒──合成肽类,可以加强这种防御,但不会在体内持续很长时间,因此应研究开发稳定的肽模拟物。拟设如果实验能成功治疗新冠肺炎病毒感染的动物,这些小合成分子结果的拟肽类的模拟物是半夏素,是否可能以治愈或预防COVID-19多种感染呢? 抗菌肽是机体天然免疫的重要组成部分,经丝氨酸蛋白酶3切割产生有活性的LL-37表达,其活性作用受到体内、体外多种因素的影响。LL-37除了直接杀菌作用外,还能调节免疫和炎症介质的释放、引起免疫细胞分化及趋化、伤口愈合、细胞因子和组氨酸释放、中和内毒素和抗肿瘤。在体内,诸如LL-37之类的抗菌肽,有助于控制病毒、细菌、真菌、癌细胞甚至寄生虫。 但是肽类物质会被酶迅速清除,因此它们不是理想的候选药物。相反,称为类肽类的更小、更稳定的分子中,模拟LL-37的关键生物物理特性类肽类,很容易制造,而且与肽类不同,它们不会被酶迅速降解,因此它们的使用剂量要低得多。肽类由氨基酸的短序列组成,侧链与分子骨架中的碳原子相连,这种结构很容易被酶分解。 在拟肽中,侧链与分子骨架中的氮原子相连,形成抵抗酶解的结构。与其他类型的肽模拟物不同,它们需要费力的、多步骤的有机化学来生产;使用自动合成仪和现成的化学品制造拟肽既简单又便宜,制作拟肽类化合物几乎就像在面包机中制作面包一样。 拟设以半夏素开发拟肽作为临床候选物来预防或治疗病毒感染的拟肽序列,被设计为比以前的版本对人的毒性更小。在实验室培养皿中,这些化合物灭活了导致 COVID-19 的严重急性呼吸综合征冠状病毒。进行额外的实验,以确认在小鼠中测试拟肽对新冠肺炎病毒感染涉及整个身体,通过静脉注射进行这项测试,并观察向肺部的输送情况。在针对流感、感冒病毒以及乙型和丙型肝炎的实验室培养皿研究中,取得的结果在体外研究中,发现其中两种拟肽是迄今为止针对中东呼吸综合征和较早的 SARS 冠状病毒鉴定出的最有效的抗病毒药物。其他实验室在测试拟肽作为气道和肠道的抗真菌剂,以及隐形眼镜、导管和植入的髋关节和膝关节的抗感染涂层,这些广谱化合物的工作原理,似乎它们刺穿并破坏病毒包膜,并与病毒的RNA或DNA 结合。这种多管齐下的机制,具有灭活病毒的优势。 这与标准抗病毒药物不同,后者会减慢病毒复制但仍允许病毒感染细胞。它还降低了病原体产生耐药性的可能性。如果成功,可以使用拟肽作为预防措施。例如在航空旅行之前,保护乘客免受 COVID-19 的侵害。然而能有效治疗这些感染的抗严重急性呼吸综合征冠状病毒的药物很少。开发抗病毒药物的标准方法,包括识别独特的病毒靶标,然后设计针对该靶标的药剂。抗菌肽 (AMP) 是潜在抗病毒药物的新来源,已显示抗菌肽通过破坏病毒包膜使许多不同的包膜病毒失活。然而抗菌肽作为抗菌疗法的临床开发,受到许多因素的阻碍,特别是它们作为肽类物质的酶不稳定结构。 检查拟设半夏素定制AMPs的拟肽模拟物的抗病毒潜力,这些拟肽具有对蛋白酶不敏感的独特优势,并且还表现出更高的生物利用度和稳定性。冷冻电镜可视化显示病毒包膜破坏,类似于AMPs对其他病毒的活性所观察到的破坏。这些结果表明共同的或仿生的机制,可能是由于病毒包膜和宿主细胞膜的磷脂头基组成之间的差异,因此这类拟设半夏素定制分子的广谱抗病毒药物,也许作为安全有潜力。
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