Các thuốc chống virus tiềm năng hiện nay đăng nhắm vào mục tiêu nào trên SARS-CoV-2 để ra tay diệt nó?

Các thuốc chống virus tiềm năng hiện nay đăng nhắm vào mục tiêu nào trên SARS-CoV-2 để ra tay diệt nó?

Trả lời bởi: Huang ZheYu (tôi dành nhiều tháng để nghiên cứu miễn dịch học và virut học)

Nguồn: https://www.quora.com/Which-targets-in-SARS-CoV-2-are-currently-being-targeted-by-potential-antivirals/answer/Huang-ZheYu

————————-

Corona virus là một loại virus RNA lớn với hệ gen phức tạp. Nhờ đó mà có rất nhiều đích ngắm tiềm năng trên chúng để thuốc có thể tấn công vào. Bởi vì corona virus rất đa dạng về chủng loại, và các chủng virut truyền nhiễm mới luôn tiếp tục xuất hiện, chúng ta tốt nhất nên nhắm vào các protein có độ bảo tồn cao trong virut để tấn công (protein có độ bảo tồn cao: ở các chủng corona mới thì protein này vẫn được giữ nguyên trong khi các protein khác có sự biến đổi khá nhiều), nhờ vậy thuốc chế ra không chỉ có ích trong đại dịch này, mà còn sử dụng được khi xuất hiện các chủng virus mới trong tương lai. Lý tưởng nhất là chọn các protein không có trong vật chủ, vì nhờ đó sẽ giúp chúng ta dễ dàng đạt được độ chọn lọc cao (tức là chỉ tấn công vào virut thôi chứ không bị tác động xấu tới người). Dưới đây là một số đích ngắm khá hứa hẹn dựa vào những tư liệu mà tôi đọc được. [1][2]

– Quá trình phiên mã: là quá trình tổng hợp RNA từ DNA.

– RNA là gì? RNA là cầu nối giữa DNA và protein. Tức là DNA được sử dụng làm khuôn để tạo RNA, và RNA sau đó lại được sử dụng làm khuôn để tạo protein (hay còn gọi là quá trình dịch mã). Phiên mã và dịch mã là lý do tại sao DNA của chúng ta lại cần thiết, vì nhờ hai quá trình này mà DNA mới tạo protein cho cơ thể được.

– Enzym polymerase: là một loại enzym tham gia vào quá trình nhân đôi DNA và phiên mã. DNA và RNA giống như một chuỗi ngọc dài, có từng viên ngọc là một phân tử nucleotid. Và enzym này sẽ gắn các viên ngọc lại với nhau. Khi gắn các viên ngọc để tạo thành DNA thì ta xài DNA polymerase, và khi tạo RNA thì ta xài RNA polymerase.

– Helicase: Không thể thiếu trong cả 3 quá trình nhân đôi DNA và phiên mã. Mạch DNA là mạch kép, có thể tưởng tượng như một cái thang, và Helicase phải cắt vào giữa cái thang đó ra thành 2 mạch đơn thì DNA mới phiên mã và nhân đôi được.

– Enzym đội mũ (capping enzym): là một enzym quan trọng trong việc xử lý RNA mới đẻ, còn nguyên tem. RNA ở sinh vật nhân thực mới được phiên mã ra không xài ngay được đâu, mà còn phải biến đổi vài bước mới tham gia vào dịch mã được.

– Protease: là một enzym quan trọng trong việc xử lý protein mới đẻ. Tương tự như RNA, cơ thể cũng không xài protein mới tạo ra được.

1) RNA–dependent RNA polymerase (viết tắt là RdRp): Enzim polymerase của virut chính là mục tiêu quan trọng nhất của thuốc diệt virut. Bởi vì tế bào người không sao chép RNA được, nên virut tự tạo ra RdRp để tự sao chép hệ gen của chúng. (vì corona là RNA virut nên phân tử mang thông tin di truyền của chúng không phải DNA như người, mà người thì chỉ có DNA-dependent RNA polymerase thôi, nên khi virut xâm nhập vào tế bào vật chủ thì nó phải tự tạo enzym để nhân đôi nó lên. Biết được điều đó, chúng ta sẽ sử dụng chất ức chế (polymerase inhibitors) để chặn họng cái enzym này)

Chất ức chế cho enzym polymerase là nucleosid đã được biến đổi (để làm nó trông giống một viên ngọc nucleotid), khiến RNA polymerase nhận lầm nó và lắp nó vào sợi RNA đang được sao chép của virut. Một khi đã lắp vào, nó sẽ khiến chuỗi RNA dừng sao chép, hoặc gây đột biến giết chết virut. [3][4]

Vì enzym polymerase cũng là một protein có độ bảo tồn cao, nên phản ứng chéo giữa các virut tương tự nhau cũng rất phổ biến. Ví dụ, remdesivir là một loại thuốc có hiệu quả trong việc chống lại nhiều chủng corona bao gồm SARS-CoV-1, MERS-CoV, SARS-CoV-2, FIPV, và MHV.

Tuy nhiên, khi tập trung xử lý polymerase của corona virut, ta gặp một số trở ngại khá độc đáo. Theo các trải nghiệm hạn chế của chúng tôi, thì RNA polymerase lại kén chọn hơn DNA polymerase (kể cả khi so sánh với ezym phiên mã ngược – là enzym tạo DNA từ RNA, ngược với thông thường)[5]. Với DNA polymerase thì chúng ta có thể đánh lừa nó thành công chỉ với nucleosid, mà nucleosid này có hay không có nhóm 3’-OH cũng được (nhóm 3’-OH như là móc neo giữa các viên ngọc nucleosid), hoặc kể cả khi xài acyclic cũng vẫn ok ( acyclic là hoạt chất chính của các thuốc: entecavir – thuốc trị viêm gan B , lamivudine và tenofovir – thuốc phòng ngừa và điều trị HIV/AIDS).

Tuy nhiên với RNA polymerase thì nucleosid được xài phải có nhóm 3’-OH và gốc ribose còn nguyên vẹn thì mới có hiệu quả chống lại RdRp, điều này đã gây nên một hạn chế lớn với các thuốc đang có sẵn trên thị trường (vậy nên tìm hoài không ra thuốc trị hiệu quả đó). Còn TỆ hơn nữa là corona virut còn tự tạo ra một loại enzym rà soát (proofreading enzym) để loại đi những nucleotid không phù hợp, do đó nó có khả năng kháng lại một số chất ức chế polymerase như ribavirin – điều trị RSV, viêm gan C và sốt xuất huyết và favipiravir – thuốc chống virut RNA của nhật. Remdesivir là một trường hợp ngoại lệ hiếm hoi, vì nó không chấm dứt sự sao chép của chuỗi RNA ngay lập tức, mà nó còn kết hợp với một số nucleotid khác để tự bảo vệ mình khỏi sự rà soát kiểm tra của proofreading enzym. [6]

2) 3CLpro protease:

Corona virut là một RNA dương đơn (+ssRNA) (tức là RNA có thể dịch mã tạo protein ngay bằng enzym của vật chủ). RNA này dịch mã thành protein “mới đẻ” mà sau đó sẽ cần được xử lý bằng protease của virut (may mắn virut không xài protease của người được). Corona virut lại phải tự tạo ra hai loại protease, là PLpro và 3CLpro (aka Mpro hay protease chính). Cả 2 loại protease này đều cực kì quan trọng trong sự nhân đôi của virut. Tuy nhiên, PLpro lại có độ bảo tồn thấp, nghĩa là thuốc ức chế nhắm vào PLpro sẽ chỉ xài được cho 1 chủng coronavirut thôi. May mắn là 3CLpro có độ bảo tồn cao (tận 96% giống nhau giữa SARS-CoV-1 và SARS-CoV-2) nên nó chính là mục tiêu mà chúng ta mong muốn.

Ritonavir là thuốc đã được sử dụng từ lâu như một chất ức chế protease của virut HIV. Bởi vì khả năng phản ứng chéo của nó với 3CLpro trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, thuốc đã được đưa vào đánh giá từ rất sớm. Tuy nhiên, lại không có lợi ích nào xuất hiện, đã vậy thuốc còn gây độc tính đáng kể lên bệnh nhân, do đó chúng ta cần phải tìm thêm các hoạt chất khác có tiềm năng và độ chọn lọc cao hơn.

Tin vui là cấu trúc của 3CLpro đã được phát hiện ra gần đây, và nhiều chất ức chế mới đang được nghiên cứu phát triển tích cực.

3) Helicase: Helicase cũng là một enzym thiết yếu của virut +ssRNA. Sau khi RNA của virut được sao chép thì nó ở dạng cái thang như DNA (dạng này gọi là dsRNA), do đó virut phải tự tổng hợp ra enzym helicase để gỡ thành sợi RNA đơn (ssRNA). Sợi RNA đơn này dùng làm phân tử di truyền của virut, như DNA của con người vậy. (Ở trên mình đã đề cập là enzym Helicase này dùng để tách sợi DNA kép thành 2 DNA đơn. Thông thường thì RNA sau khi phiên mã sẽ là một sợi đơn dài, nhưng một số virut lại tạo ra RNA kép, có hình cái thang y như DNA. Do đó chúng cũng cần enzym helicase để tách hai sợi RNA ra.)

Tuy nhiên Helicase là một enzym cần sử dụng ATP để lấy năng lượng hoạt động. (ATP là phân tử cung cấp năng lượng chính cho đa số mọi sinh vật. Ví dụ quá trình sử dụng tinh bột trong cơ thể chúng ta cũng chính là phân giải tinh bột thành ATP. Và nhờ ATP này ta mới có năng lượng).Các thuốc tấn công vào việc sử dụng ATP của Helicase có nguy cơ phản ứng chéo rất cao với nhiều enzym khác trên tế bào cơ thể người. Ví dụ, không chỉ với Corona, mà việc phát triển thuốc chống lại Helicase của virut HCV vẫn còn rất nan giải vì nó có khả năng gây hại cho chúng ta. (Bởi vì nhiều enzym khác của người cũng xài ATP mới hoạt động được, chặn ATP của helicase virut cũng vô tình chặn luôn đường hoạt động của enzym người).

Do đó, việc phát triển các hoạt chất mới tấn công vào Helicase, nhưng chừa ATP ra vẫn là một hướng nghiên cứu khá tiềm năng. Bởi vì dù sao Helicase vẫn là protein có độ bảo tồn cao nhất cho tới nay (99% giữ nguyên trạng), do đó nó vẫn là một đích nhắm rất hứa hẹn.

4) Enzym đội mũ (Capping enzym): Capping enzym cũng là một mục tiêu đầy tiềm năng. mRNA của sinh vật nhân thực cần được đội mũ ở đầu 5’ thì mới bắt đầu dịch mã được. Nắm được điều này, bọn virus có nhiều hướng giải quyết rất đa dạng. Influenza virut (virut cúm) sẽ tạo ra một endonuclease enzym nhỏ để cướp cái mũ 5’ từ mRNA người, sau đó xài cho RNA của nó. Thuốc Baloxavir (thuốc chống vi-rút cúm) có thể chặn được quá trình này, khiến virut không tự tạo mRNA được. Baloxavir chính là thuốc cúm được công nhận nhất hiện nay. So với thuốc trước đó ta thường xài là Tamiflu, thì Baloxavir quét sạch virut nhanh hơn nhiều. Nhóm thuốc tấn công vào enzym đội mũ này được thử nghiệm trên bệnh nhân Ebola và cho ra kết quả khá khả quan, nên chúng có tiềm năng cực lớn.

NHƯNG, coronavirus cũng sử dụng cơ chế đội mũ ở đầu 5’ rất giống với tế bào người, do đó cho dù ta có tạo được thuốc có độ chọn lọc cực cao, thì khả năng phản ứng chéo gây hại cho người vẫn rất lớn. Ngoài ra quá trình phiên mã mRNA cũng là một quá trình cực thiệt yếu của con người, chúng ta tốt nhất là không nên chơi đùa với nó.

Cho tới nay vẫn chưa có báo cáo mới nào về cấu trúc và chất ức chế cho quá trình đội mũ này.

Nói tóm lại, quan điểm của tôi đó là chúng ta không nên quá bó hẹp bản thân vào những mục tiêu hứa hẹn kể trên. Đầu tiên là đừng bỏ tất cả trứng vào cùng một giỏ (đừng quá dồn hết sức lực để nghiên cứu một hướng). Ngay cả những hướng đi hứa hẹn nhất cũng có thể gặp phải những thách thức bất ngờ, ví dụ như khi chúng ta phát triển thuốc sofosbuvir trong quá khứ (thuốc sử dụng để điều trị viêm gan C, aka HCV)[7]. Thứ hai, chúng ta cũng không bao giờ biết được phương án nào là tối ưu nhất nếu chúng ta chưa thử.

Ví dụ, ngày xưa, khi nghiên cứu thuốc điều trị HCV, protein NS5A (là một loại enzym polymerase như đã đề cập ở trên)đã từng là mục tiêu khó nắm bắt nhất vì kiến thức có được về cấu trúc và hoạt động của nó quá ít ỏi. Nhưng giờ đây, thuốc tấn công vào protein này lại đạt được tiềm năng chưa từng có. Đó là lý do vì sao chất ức chế của NS5A đang là xương sống của liệu pháp DAA (là DAA là nhóm thuốc chống siêu vi trực tiếp, dùng để điều trị viêm gan C. Sofosbuvir thuộc nhóm thuốc này.). Do đó chúng ta không nên bỏ qua bất cứ mục tiêu nào, bởi vì biết đâu những việc khó nhất lại giúp đạt được thành tựu lớn nhất thì sao.

[1] Coronaviruses — drug discovery and therapeutic options

[2] COVID-19: Drug Targets and Potential Treatments

[3] Huang ZheYu’s answer to What is the mechanism of action of remdesivir?

[4] Huang ZheYu’s answer to How does favipiravir work?

[5] Discovery and Synthesis of a Phosphoramidate Prodrug of a Pyrrolo[2,1-f][triazin-4-amino] Adenine C-Nucleoside (GS-5734) for the Treatment of Ebola and Emerging Viruses

[6] The antiviral compound remdesivir potently inhibits RNA-dependent RNA polymerase from Middle East respiratory syndrome coronavirus

[7] Huang ZheYu’s answer to How was Sovaldi, the drug now being marketed by Gilead, first discovered by Pharmasset?

#BioJulytrainghiemsong