MATLAB借助計(jì)算方法再利用現(xiàn)有藥物抗擊 COVID-19

從2 月份新型冠狀病毒肺炎 （COVID-19） 疫情初期的確診病例 20，000 到如今全球確診病例目前已超過 730 萬，這一數(shù)字已經(jīng)翻了 300 倍有余。尋找治療方法已經(jīng)刻不容緩。在醫(yī)護(hù)人員抗擊新冠的同時(shí)，研究人員也在全力尋找治療方法。有多項(xiàng)藥物據(jù)傳已取得成功，這對于抗擊疫情至關(guān)重要，因?yàn)橹委熜枨蠓浅Ｆ惹?，而疫苗研制還有很長的路要走。再利用現(xiàn)有藥物是人們正在探索的一大途徑：如果有一種或多種已通過規(guī)定試驗(yàn)和監(jiān)管流程的現(xiàn)有藥物能夠?yàn)楫?dāng)前受疫情影響的人們提供幫助，我們能否加以利用？

掃描電子顯微鏡圖像顯示了從一位美國患者體內(nèi)分離出的 SARS-CoV-2（圖中黃色部分），也被稱為 2019-nCoV，即引發(fā)新冠肺炎的病毒。

《時(shí)代周刊》文章《疫苗、抗體和藥品庫：研究人員關(guān)注的新冠肺炎潛在療法》（Vaccines， Antibodies and Drug Libraries. The Possible COVID-19 Treatments Researchers Are Excited About［1］） 指出：“將原本用于治療其他疾病的藥物再利用，作為當(dāng)下新冠肺炎的治療方法，是為控制當(dāng)前疫情尋找新療法的最快途徑之一?！薄稌r(shí)代周刊》的 Alice Park 表示：“將已批準(zhǔn)用于治療某種疾病的藥物用來治療其他疾病，這種超說明書用藥是允許的，特別是在沒有其他治療方法的全球大流行期間?！?/p>

借助計(jì)算方法識(shí)別抗新冠藥物

面對當(dāng)下疫情，我們沒有充裕的時(shí)間等待長達(dá)數(shù)年的傳統(tǒng)式藥物研發(fā)和批準(zhǔn)周期。鑒于新冠疫情的緊迫性，許多研究人員正努力加快探索進(jìn)程。他們正紛紛轉(zhuǎn)向計(jì)算方法，以確定哪些現(xiàn)有藥物表現(xiàn)出最大潛力。他們運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)（將網(wǎng)絡(luò)科學(xué)應(yīng)用于藥物研發(fā)）和機(jī)器學(xué)習(xí)，評估現(xiàn)有藥物是否有可能為成千上萬的新冠患者帶來幫助。將可用的藥物及聯(lián)合藥物的范圍縮小到特定目標(biāo)集合后，就可以針對最有潛力的方案進(jìn)行重點(diǎn)試驗(yàn)。為此，克利夫蘭診所的研究人員繪制出新型冠狀病毒與之前發(fā)現(xiàn)的其他人冠狀病毒（包括此前的 SARS）之間的遺傳相似性。研究人員在 MATLAB 中完成了接近度計(jì)算。他們將重點(diǎn)放在了病毒靶向的蛋白上。一旦獲得了靶蛋白的相似性，研究人員就可以尋找與這些特定蛋白相互作用的藥物。

（a） 冠狀病毒 （CoV） 的進(jìn)化樹。（b） HCoV 基因組示意圖。圖片所有權(quán)：Feixiong Cheng 等

再利用現(xiàn)有藥物來對抗新型病毒

結(jié)合藥物基因關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖和生物信息學(xué)分析，研究人員設(shè)計(jì)出一種方法，用于識(shí)別具有抗新冠潛力的藥物及聯(lián)合藥物。他們于 3 月 16 日在《自然》雜志上發(fā)表了標(biāo)題為《基于網(wǎng)絡(luò)針對新型冠狀病毒 2019-nCoV/SARS-CoV-2 進(jìn)行藥物再利用》（Network-based drug repurposing for novel coronavirus 2019-nCoV/SARS-CoV-2［2］） 的論文。研究人員使用了 15 種人冠狀病毒的全基因組序列數(shù)據(jù)，并觀察其進(jìn)化關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒 （COVID-19） 與 SARS-CoV 的重合度最高。研究人員認(rèn)為，至少有一種已批準(zhǔn)的藥物或臨床試驗(yàn)中的試驗(yàn)性藥物可以靶向 47 種人類蛋白（39%，下圖中的藍(lán)色節(jié)點(diǎn)）。

基于網(wǎng)絡(luò)針對 2019-nCoV/SARS-CoV-2 進(jìn)行聯(lián)合藥物理性分子設(shè)計(jì)。圖片所有權(quán)：Feixiong Cheng 等

將目標(biāo)藥物從 2，930 種縮小到 16 種

研究人員從 2，938 種評估藥物中共識(shí)別出 135 種藥物與藥物靶標(biāo)顯著接近。對這些藥物進(jìn)行“評分”后，范圍進(jìn)一步縮小到 16 種潛在的可再利用藥物。其中包括褪黑素、巰基嘌呤和西羅莫司。他們確定了另外三種可能的聯(lián)合藥物，分別針對網(wǎng)絡(luò)模型的不同區(qū)域。