研究发现 NHC 药物对冠状病毒有着致命的变异催化性。对多种冠状病毒适用，并且有口服药效性，让它成为对抗 SARS-CoV-2 的有力分子候选，也可作为未来人畜共通冠状病毒药物的开发选项之一。
冠状病毒是 RNA 病毒的一种，常在不同物种间交互传播，形成各种变异株，甚而引起人类流行病。最近的大传染病爆发就是来自 SARS-CoV-2 病毒的传播。日前美国科学家发现核糖核酸相似物 β-D-N4-hydroxycytidine (NHC, EIDD-1931)，能够广泛性地对抗冠状病毒系列如 SARS-CoV-2、MERS-CoV，SARS-CoV，以及人畜共通 2b，2c Bat-CoVs，甚至在对 remdesivir 有抗药性的基因变异个体中也能观察到疗效。在感染 SARS-CoV 或是 MERS-CoV 老鼠模型上做的实验可以观察到，不管是预防性的或治疗性的给予 EIDD-2801 ——另一支口服 NHC 前驱药物 (β-D-N4-hydroxycytidine-5′-isopropyl ester) 都能看到肺部功能的改善，病毒量减少以及体重减轻症状的改善。并且实验中观察抗病毒作用是来自于病毒本身RNA的变异堆积，而没有影响宿主 RNA，证明了 NHC 药物对冠状病毒有着致命的变异催化性。EIDD-2801 对多种冠状病毒适用，并且有口服药效性，让它成为对抗 SARS-CoV-2 的有力分子候选，也可作为未来人畜共通冠状病毒药物的开发选项之一。
冠状病毒的人畜共通性让危险度大增
频发在哺乳类及禽类中来回传播的冠状病毒科，共有四种属。从 2002 迄今已经有三个大规模流行病造成灾祸的冠状病毒出现，2020 年肆虐的 SARS-CoV-2 和其他前者相通，能够引发急性肺衰竭、并让肺部症状短时间恶化、预后不佳。由于多源于人畜共通传染，这个致病机转当然不仅限在人类，中国广东省近来也出现猪只身上感染来自蝙蝠的冠状病毒 swine acute diarrhea syndrome CoV (SADS-CoV)，造成约 20,000 猪只的死亡。而更加令人提心吊胆的是，许多循环在蝙蝠族群中感染传播，与 SARS 相仿的第 2 属病毒，可以直接利用人类细胞受体并在人类肺细胞株中快速传播无需适应突变期。这些致传染病型病毒的存在，说明了抗冠状病毒分子筛选的重要性，加上人畜共通性质，更让危机无所不在，能够抗多样性冠状病毒的广泛性抗病毒试剂相当具有开发价值。
新分子 NHC 可以借由累积突变毒杀冠状病毒
β-D-N4-hydroxycytidine 是一项生物可利用型核糖核苷酸相似物，能有效抑制许多分属不同类型的 RNA 病毒，如伊波拉病毒 (Ebola)，流感病毒 (Influenza)，冠状病毒 (Coronavirus)，委内瑞拉马脑炎病毒 (Venezuelan equine encephalitis virus) 等。从委内瑞拉马脑炎病毒的作用机制观察，NHC 主要透过增加病毒核酸的恶性点置换突变，来造成病毒消亡。使用感染 MERS-CoV 的肺部上皮细胞株进行投药，可以看到 NHC 表现出半最大抑制浓度 (IC50) 为 0.15 μM，并且相同浓度投放在未感染的一般肺上皮细胞，并没有展现细胞毒性。而使用 NHC 对纯化后的SARS-CoV-2 进行测试的治疗指数 (therapeutic index) 大于 100。在非洲绿猴肾细胞株 Vero cell line 表现新型冠状病毒，并以 NHC 治疗的 IC50 0.3 μM，以实验感染肺部上皮细胞并投药的结果，所测得的 IC50 则是 0.08 μM，以定量 RT-PCR 做细胞培养基上清液体的测试也可以看到随着投药量的增加，病毒浓度随着减少，最大抑制浓度约为 0.09 μM。由此可证，NHC 分子对两种基因序列不完全相同的冠状病毒，都具有抑制并减少的功效。使用组织中取得之初级人类气管上皮细胞，来验证是否在形与细胞组织较为复杂的人类气管细胞中，NHC分子能够一样表现抗病毒效用。在 MERS-CoV、SARS-CoV 以及 SARS-CoV-2 感染的初级人类气管上皮细胞培养中，利用基因侦测 (qPCR)，都能观察到 NHC 不仅不会造成正常细胞毒性，更能够在一定剂量之下就使病毒量有效减少。
NHC 能够消灭 remdesivir 抗药性冠状病毒
冠状病毒根据基因能够分为 4 个亚组，而其中只有 alpha、beta 亚组的病毒能够感染人类。其中一个关键的相似点在于 RNA-dependent RNA polymerase (RdRp, nsp12) 蛋白，如 SARS-CoV 与 SARS-CoV-2 的 RdRp 基因相似度高达 99.1% 氨基酸序列相似度则有 96%。利用树状图分析冠状病毒家族的 RdRp 亲缘性，可以发现 RdRp 的核心分子与主要结构模体在冠状病毒家族中十分保守相似。并且此研究团队先前就发表，利用病毒模型监测，发现对 remdesivir 有抗药性的冠状病毒，主要由于 RdRp 的 F480L 或 V557L 氨基酸点突变。在本实验中，研究人员也进一步尝试对抗 remdesivir 的突变病毒施用 NHC，发现这两个突变单一或共同出现，都会增加病毒对 NHC 的敏感度。综合前述抗病毒能力测试，加上对 remdesivir 抗药性病毒株的有效性，NHC 可以作为与 remdesivir 互相搭配互补的药物选项，用以治疗多种冠状病毒的感染。并且研究团队进一步筛选 3 组能够传染人类的蝙蝠冠状病毒株感染人类气管上皮细胞，在加入 NHC 后也都成功降低了病毒量，展现了在亲缘性较远的 RdRp 表现病毒中，NHC 依然具有抗病毒效能。
NHC 作用机制——增加病毒突变率
近一步探究两种药物对抗冠状病毒的机制，研究团队利用病毒株感染人类气管上皮细胞进行深度次世代基因定序。根据先前研究已知 remdesivir 的主要作用为促使RNA 链终止，减少病毒复制。而在定序结果中，则发现 NHC 处理的细胞组别有高定序错误率，显示基因高度变异，观察变异序列可以知道 NHC 借由增加 A:G、C:U 置换率造成病毒 RNA 转录错误，近一步终止病毒复制及存活。将NHC的口服前驱药物施用在老鼠组别中，可以发现 NHC 前驱药物 EIDD-2801 可以改善 SARS-CoV 以及 MERS-CoV 感染小鼠的症状，包含体重减轻、肺出血以及降低肺部的病毒量。最后实验团队检测在感染后的不同时间点进行投药，观察 EIDD-2801 对感染症状的改善程度，发现对于 SARS-CoV 感染所造成的急性肺损伤改善的程度会由感染直到投药的时间长度决定，在感染后一天内治疗效果较佳，而 MERS-CoV 则是在感染前 2 小时，或感染后 12 小时内投药，才能得到较好的抗病毒效果。
完整的研究由美国北卡罗来纳大学研究团队于今年 4 月份发表在 Science Translational Medicine 期刊上，能够广泛应用在多种不同冠状病毒的特性，让NHC 的医疗化价值更高，希望相关产业化行动能够尽快进行，善用科学研究来降低疫病蔓延所造成的高社会与医疗成本。
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参考资料：
- https://stm.sciencemag.org/content/early/2020/04/03/scitranslmed.abb5883?utm_campaign=SciMag&utm_source=JHubbard&utm_medium=Facebook
- http://eidd.emory.edu/programs/index.html
- https://sph.unc.edu/sph-news/a-new-antiviral-drug-heading-into-clinical-trials-offers-hope-for-covid-19-treatment-in-part-because-it-can-be-taken-as-a-pill/
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