近日，我校胡爱国教授与合作课题组在中国化学会旗舰刊“CCS Chemistry”发表了题为“Extracellular Disintegration of Viral Proteins as an Innovative Strategy for Developing Broad-Spectrum Antivirals Against Coronavirus”的研究论文，报道了一种新的抗病毒策略—细胞外超级消毒法（Extracellular Ultrasanitizing Treatment, ECUST）。在具有破坏病毒结构蛋白能力的烯二炔分子上嫁接多个硫酸盐阴离子基团，形成广谱抗冠状病毒的复合物。该类复合物高度负电荷集中的特点使得其在宿主细胞外与冠状病毒结合，从而实现对其特异性杀伤作用。

二十一世纪伊始，全球已经经历了三次冠状病毒疫情的暴发，包括2003年SARS病毒引发的传染性非典型肺炎疫情，2012年由MERS病毒引发的中东呼吸综合征疫情，以及目前尚未完全终结的由SARS-CoV-2病毒引起的新冠肺炎（COVID-19）疫情。近几年中全球无数个研究团队致力于研发出高效的抗冠状病毒疫苗及药物，对新冠肺炎的预防与治疗起到了重要的作用。这些抗病毒方法大致可以分为两类，一类作用于细胞内，一类作用于细胞外。前者主要针对病毒在细胞内复制、组装、释放等过程中的关键的酶而起效，但是，在细胞内“追杀”病毒难免会影响细胞中正常的生理过程，带来多种副作用。后者主要以亲合模式，屏蔽病毒进入细胞的通路，副作用相对较小。然而，新冠病毒的一些变种已经出现了免疫逃逸现象，使得疫苗保护作用大幅度降低。而广泛使用的抗病毒药物在对抗这些新变异株时也已经表现出耐药性问题。人们亟需一种全新的抗病毒策略以应对快速突变的病毒乃至未来可能爆发的新病毒。针对以上问题，本文报道了一种独特的抗病毒策略，利用多阴离子化的烯二炔化合物在宿主细胞外破坏冠状病毒的结构蛋白质，达到广谱高效抗病毒的效果。

烯二炔是由一个烯单元共轭连接两个炔单元而形成的“炔-烯-炔”主体化学结构。由于它们结合了独特的分子结构和强烈的生物大分子（如DNA）剪切活性，吸引了无数合成化学家和生物学家的目光。天然烯二炔是目前已知最具细胞毒性的分子，它们的抗肿瘤活性比临床上常用药物如阿霉素高出上千倍。除了剪切DNA外，烯二炔类化合物还可作用于蛋白质，使蛋白质链发生分子内交联或降解，从而失去其结构完整性乃至生物活性。然而，天然烯二炔是从放线菌中分离得到的，来源非常稀少，提取量一般在微克级别。由于它们复杂的分子结构，通过化学方法进行合成也非常困难，极大地限制了它们的应用。为了寻找能够替代天然烯二炔的优异药物，人们付出了大量努力用于设计合成具有高反应活性的烯二炔分子。胡爱国教授研究组经过系列研究，发现在非环烯二炔的烯端引入马来酰亚胺基团对于降低化合物的热触发反应温度有着重要作用，并提出了马来酰亚胺促进的重排和环芳香化反应（MARACA）机制（J. Org. Chem. 2020, 85, 9808-9819）。研究表明马来酰亚胺基团的存在可以促进分子内的级联1,3-质子转移过程，使得原本热稳定的开环烯二炔化合物在生理环境下原位转化为烯炔-联烯结构，并快速通过Myers-Saito环化反应形成高活性的双自由基中间体。

通过电子顺磁共振实验，本文作者证明所设计合成的烯二炔化合物具有在生理温度下产生自由基的能力。选用自由基捕捉剂PBN将体系生成的自由基转化为稳定的氮氧自由基。研究结果表明，与对照组相比，烯二炔体系在3520 G处出现了对应于氮氧自由基信号的典型三组双重峰，由此证实了体系中自由基的产生。作者进一步借助SDS-PAGE凝胶电泳技术探究了此类马来酰亚胺基烯二炔化合物对新冠病毒S蛋白的损伤作用。结果表明烯二炔对蛋白质具有非常强烈的破环能力，且裂解效果呈现浓度依赖性。

由于细胞表面的糖萼（多糖-蛋白质复合物）带有大量的负电荷，而冠状病毒的S蛋白，特别是受体结合域（receptor binding domain，RBD）具有高度正电荷集中的特点，因此冠状病毒可以通过静电相互作用结合到人类宿主细胞上。胡爱国教授研究组设计的复合烯二炔模拟了糖萼的电荷特性，在高反应活性的烯二炔分子上嫁接了多个硫酸盐基团。这些多阴离子基团的引入使得烯二炔不再进入细胞，从而不会对宿主细胞造成破坏。与此同时，烯二炔核心基团则在多阴离子基团的协助下与冠状病毒的S蛋白结合，通过其产生的高活性双自由基氧化破坏S蛋白的结构，从而使得冠状病毒失去与宿主细胞结合的能力。在敏感细胞系（Huh-7，hACE2/Caco2和RD）中通过空斑减数中和试验评估了这些复合烯二炔对人季节性冠状病毒（hCoV-229E, hCoV-NL63和hCoV-OC43）感染能力的影响。结果显示所有的烯二炔均对冠状病毒表现出明显的抑制作用。使用CCK-8细胞计数试剂盒检测烯二炔的细胞毒性，发现EDY-C即使在最高工作浓度（1 mM）下也没有表现出任何细胞毒性。本文作者进一步探究了这些烯二炔化合物对抗新冠病毒omicron变种的能力。研究结果发现，烯二炔作用浓度可以低至56 nM，而当其浓度超过mM级别时才表现出细胞毒性，选择性因子超过20000，说明其是一种潜在的安全高效的广谱抗新冠病毒药物。

文章链接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/full/10.31635/ccschem.023.202302706