一项发表在《mBio》期刊上的研究详细描述了冠状病毒对一种名为Mac1（或“macrodomain”，宏结构域）的小蛋白质结构域抑制剂的脆弱性。该研究结果指向潜在的抗病毒疗法，以应对未来的冠状病毒大流行，并确认了Mac1对病毒生存能力的重要性。
“宏结构域对于病毒引发疾病的能力至关重要，”堪萨斯大学分子生物科学副教授、该研究负责人安东尼·费尔（Anthony Fehr）表示，“我们长期以来就知道，根据我们的研究以及其他人的工作，这个基因对病毒非常重要。包括我们在内的几个团队已经开始努力开发针对它的抗病毒药物。但直到最近，还没有任何被证实可以靶向这一基因并影响病毒的化合物，至少在细胞培养中没有。”
在最新的论文中，费尔的堪萨斯大学实验室报告称，他们开发出能够与Mac1蛋白结合并在来源于小鼠和人类肺组织的细胞培养中抑制冠状病毒复制的分子。这项工作建立在费尔实验室最近实验的基础上，这些实验产生了首批对Mac1有效的分子。
“这篇论文与我们之前的工作类似，但使用了一组完全不同的抑制剂，”费尔说。“不过，这项研究有一些很酷的转折点。一个关键进展是我们发现了最优化合物——我们称之为‘4B’。它在如何嵌入Mac1结合口袋方面看起来非常有前景，其IC50值（即减少病毒活性一半所需的药物量）显著低于其他所有化合物，这意味着它应该是一种更好的抑制剂。”
然而，当研究小组首次在抗病毒试验中测试4B时，它实际上并没有起作用。
“它没有任何效果，”费尔说。“基于其生化特性，我们认为它无法穿过细胞膜。细胞膜是油腻的、疏水的屏障，它们可以将物质保留在细胞内，但也会阻止某些分子进入——特别是带电荷的分子，比如那些带有酸基或碱基的分子。化合物4B有一个显著的酸基，这很可能阻止了它进入细胞。”
为了解决这个问题，研究小组对该化合物进行了修改，以提高其进入冠状病毒感染细胞的能力。
“我们将酸基转化为酯基，并采用了几种不同类型的修饰，”费尔说。“一旦我们这样做了，就开始观察到强大的抗病毒活性。这就是‘啊哈！’的时刻。我们终于能够让这种化合物具备细胞渗透性，并在细胞培养中发挥作用。这是一个巨大的进步——将一种在体外具有强大活性的分子进行修饰，并证明它现在可以在细胞中对抗实际病毒。”
费尔对他的合作者在Mac1靶点上的突破表示感谢。
“我要特别感谢共同作者达纳·费拉里斯（Dana Ferraris），他是马里兰州威斯敏斯特麦克丹尼尔学院的化学教授；芬兰奥卢大学的生物化学教授拉里·莱赫蒂奥（Lari Lehtiö）；以及堪萨斯大学核心设施主任阿努拉达·罗伊（Anuradha Roy）和大卫·约翰逊（David Johnson）。这些个人及其实验室为这篇论文付出了大量努力，”费尔说。
“当然，大部分功劳归于第一作者杰西卡·J·普凡恩斯蒂尔（Jessica J. Pfannenstiel），她是堪萨斯大学分子生物科学系的研究生，她几乎完成了所有的抗病毒数据生成，并识别出了耐药突变。”
虽然冠状病毒可能对实验性的堪萨斯大学抑制剂产生抗性，但这是以“适应性成本”为代价的——意味着更具有抗性的后代在其他方面会被削弱，在小鼠中表现不佳。这种机制表明，如果这些抑制剂进一步开发成抗病毒药物，可能会使冠状病毒变得无害。
费尔表示，要实现这一点，还需要更多工作来优化这些有前景的分子。
“小鼠模型非常重要，在我们能够在小鼠中测试抑制剂之前，我们需要提高它们的效力和稳定性，以便它们能在活体生物的恶劣环境中存活下来，”他说。他的团队正在继续朝着这些目标努力。
“该项目对于支持多个致力于病毒、寄生虫和细菌抑制剂研究的团队至关重要，”费尔说。“它提供了核心设施和资源，例如由阿努拉达·罗伊领导的高通量筛选实验室，这些工具使我们能够迅速应对潜在的未来冠状病毒爆发，通过识别有希望的抑制剂。虽然药物开发是一个漫长的过程，但堪萨斯大学有能力快速有效地开始识别新型抗菌化合物的过程。”
费尔还补充道，除了药物发现之外，参与COBRE项目还有助于教职员工获得专业知识，从而提高他们评估全国抗菌研究的能力，增强更广泛的科学界实力。
“作为一所大学，我们的主要角色是提供知识并培养领导力——无论是教职员工、学生还是博士后——以推动全国范围内的传染病研究，”费尔说。
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