針對新冠肺炎的放射性治療藥物研究

羅志福，樊彩云，李鳳林，陳寶軍，劉子華，解清華

(中國原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)于2019年爆發(fā)，國際病毒分類委員會宣布新型冠狀病毒的正式分類名為SARS-CoV-2，即“嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2”，我國衛(wèi)生部將新型冠狀病毒所致肺炎簡稱“新冠肺炎”。疫情爆發(fā)至今，新冠肺炎尚沒有特異性的治療藥物，嚴(yán)重影響了人類的健康和生活，也對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了不利影響?？茖W(xué)家們獲得的數(shù)個體外有效抑制SARS-CoV-2的藥物其體內(nèi)療效有待進(jìn)一步臨床驗(yàn)證，因此急需深入研究SARS-CoV-2結(jié)構(gòu)及與機(jī)體作用機(jī)理、拓展治療藥物研發(fā)新思路、發(fā)揮一切可利用的資源研發(fā)針對SARS-CoV-2的特效藥，以抑制此次疫情的擴(kuò)散，加強(qiáng)防治，有效應(yīng)對未來有可能變異的冠狀病毒對人類公共衛(wèi)生安全的挑戰(zhàn)。

考慮到核技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中有十分廣泛的應(yīng)用，已成為診療疾病和醫(yī)藥研究不可缺少的手段，是當(dāng)今解決心、腦血管和腫瘤三大疾病的重要方法。在面臨此次疫情在全球范圍內(nèi)持續(xù)擴(kuò)散、并可能長期存在，且沒有特效藥物的形勢下，中國核工業(yè)集團(tuán)有限公司同位素生產(chǎn)與應(yīng)用首席專家羅志福研究員結(jié)合其在2003年SARs疫情中的工作，提出利用放射性核素標(biāo)記靶向SARS-CoV-2的藥物分子，借助放射性核素的射線能量將SARS-CoV-2殺死，從而為新冠肺炎及其他冠狀病毒引發(fā)疾病治療提供核技術(shù)新方法的顛覆性創(chuàng)新思路，并帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)圍繞該思路于2020年2月開始迅速開展工作。羅琦院士對本工作給予了關(guān)懷和支持，并將“利用放射性藥物對新冠病毒進(jìn)行清除和消滅”作為其2020年政協(xié)提案內(nèi)容之一。

1 研究內(nèi)容

1.1 可行性分析

紫外線可以殺死病毒，研究證實(shí)SARS-CoV-2亦對紫外線敏感。紫外線是波長比可見光短，但比X射線長的電磁輻射，能量在3～124 eV之間，紫外線照射可以破壞病毒的RNA結(jié)構(gòu)，使病毒生產(chǎn)蛋白質(zhì)的能力和繁殖能力喪失，從而將病毒殺死。而放射性核素的射線能量遠(yuǎn)高于紫外線，某些放射性核素衰變產(chǎn)生的γ射線或X射線，其一個光子所產(chǎn)生的能量就具有破壞分子間化學(xué)鍵的能力，因此放射性核素具有殺死病毒的潛力。研究表明，用放射性治療核素213Bi、188Re、225Ac或177Lu標(biāo)記靶向HIV病毒包膜糖蛋白gp41的單抗可以殺死被HIV病毒感染的細(xì)胞[1-2]，同時對正常細(xì)胞的傷害很小。由于俄歇電子的特點(diǎn)是組織中的路徑短，線性能量傳遞非常高[3]，因此其細(xì)胞毒性效應(yīng)僅限于衰變場附近幾納米的球體范圍內(nèi)。這種特性可能使它們高度選擇性地殺死靶向的單癌細(xì)胞，只要它們可以被特異性地輸送到腫瘤細(xì)胞、內(nèi)化、并輸送到細(xì)胞核。研究證明125I標(biāo)記脫氧尿嘧啶核苷(125IUdR)后可摻入S期細(xì)胞DNA，俄歇電子電離作用產(chǎn)生的自由基可引起DNA損傷，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡[4]。基于以上結(jié)果本研組推斷，用合適的放射性核素標(biāo)記在靶向SARS-CoV-2的藥物分子(包括小分子、多肽、單抗等)上，具有殺死SARS-CoV-2的可行性。本研究組利用放射性核素標(biāo)記靶向SARS-CoV-2的藥物分子，借助放射性核素的射線能量破壞病毒的蛋白及核酸結(jié)構(gòu)，從而殺死SARS-CoV-2，為新冠肺炎治療提供核技術(shù)新方法。

1.2 理論計算

計算單個新冠病毒表面結(jié)合一個標(biāo)記藥物所需的藥物放射性活度，在數(shù)天內(nèi)殺死病毒所需的標(biāo)記藥物的放射性活度；用蒙特卡羅MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)程序?qū)?biāo)記藥物在單病毒模型中的輻射劑量學(xué)特征進(jìn)行研究[5]，通過計算單個病毒上的沉積能量，來估算放射性核素衰變對病毒產(chǎn)生的吸收劑量。

1.3 放射性藥物分子的設(shè)計、制備與評價

首先進(jìn)行藥物分子的設(shè)計，篩選出射線能量適中、半衰期適中、易于獲得的放射性核素。然后通過充分調(diào)研，從現(xiàn)有對新冠病毒有抑制作用的藥物分子中，篩選出可進(jìn)行放射性核素標(biāo)記的小分子藥物。為了便于進(jìn)行藥物評價，先合成相應(yīng)穩(wěn)定化合物，采用表面等離子體共振(SPR)技術(shù)測定穩(wěn)定化合物與新冠病毒刺突蛋白受體結(jié)合域(RBD)的親和力；通過免疫共沉淀(Co-IP)和液質(zhì)聯(lián)用(LC-MS/MS)的方法檢測穩(wěn)定化合物和新冠病毒假病毒粒子的結(jié)合能力；然后進(jìn)行目標(biāo)放射性藥物的制備及其在正常動物體內(nèi)的生物分布和急性毒性研究。

2 初步結(jié)果

我們在分析對比各種可用于治療的放射性核素的優(yōu)缺點(diǎn)后，認(rèn)為發(fā)射俄歇電子的核素125I基本滿足要求。125I是最早用于疾病治療的放射性核素之一，發(fā)射的俄歇電子屬高傳能線密度(LET)，與γ射線相比療效更高，毒副作用更小。125I半衰期較長(T1/2=60.14 d)，且目前國內(nèi)擁有自主生產(chǎn)的知識產(chǎn)權(quán)，廉價易得。通過理論計算初步證明了125I標(biāo)記藥物用于治療新冠肺炎的可行性和安全性。為了便于進(jìn)行藥物評價，首先進(jìn)行了相應(yīng)穩(wěn)定碘化合物的合成方法研究，通過對多種合成方法的探索和優(yōu)化，最終建立了穩(wěn)定碘化合物的制備方法，獲得了穩(wěn)定碘化合物；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了穩(wěn)定碘化合物與新冠病毒刺突蛋白RBD的結(jié)合能力評價及其與新冠病毒假病毒粒子的結(jié)合能力評價，然后進(jìn)行了化合物的125I標(biāo)記方法和純化條件研究、125I標(biāo)記物在正常動物體內(nèi)的生物分布及急性毒性研究，目前取得了階段性研究成果。

3 小結(jié)

本工作提出了放射性藥物用于治療新冠肺炎及其他冠狀病毒引發(fā)疾病的顛覆性創(chuàng)新思路，并開展了多方面的具體研究工作，取得了階段性進(jìn)展。本工作結(jié)果已于2020年申報發(fā)明專利(公開號：CN113769121A，優(yōu)先權(quán)號：CN2020109916324)，進(jìn)一步工作將全面評價125I標(biāo)記藥物用于治療新冠肺炎的安全性和有效性，盡快推進(jìn)其在治療新型冠狀病毒肺炎的臨床應(yīng)用，有望為應(yīng)對突發(fā)傳染病重大疫情提供核技術(shù)新方法。

致謝

本工作獲得了中國原子能科學(xué)研究院的資金支持，于2020年4月邀請了包括核醫(yī)學(xué)的多領(lǐng)域?qū)＜覍ρ芯績?nèi)容及可行性進(jìn)行了評審，獲得了專家的一致認(rèn)可，在此表示衷心感謝。