MATLAB借助计算方法再利用现有药物抗击 COVID-19

从2 月份新型冠状病毒肺炎 （COVID-19） 疫情初期的确诊病例 20，000 到如今全球确诊病例目前已超过 730 万，这一数字已经翻了 300 倍有余。寻找治疗方法已经刻不容缓。在医护人员抗击新冠的同时，研究人员也在全力寻找治疗方法。有多项药物据传已取得成功，这对于抗击疫情至关重要，因为治疗需求非常迫切，而疫苗研制还有很长的路要走。再利用现有药物是人们正在探索的一大途径：如果有一种或多种已通过规定试验和监管流程的现有药物能够为当前受疫情影响的人们提供帮助，我们能否加以利用？

扫描电子显微镜图像显示了从一位美国患者体内分离出的 SARS-CoV-2（图中黄色部分），也被称为 2019-nCoV，即引发新冠肺炎的病毒。

《时代周刊》文章《疫苗、抗体和药品库：研究人员关注的新冠肺炎潜在疗法》（Vaccines， Antibodies and Drug Libraries. The Possible COVID-19 Treatments Researchers Are Excited About［1］） 指出：“将原本用于治疗其他疾病的药物再利用，作为当下新冠肺炎的治疗方法，是为控制当前疫情寻找新疗法的最快途径之一。”《时代周刊》的 Alice Park 表示：“将已批准用于治疗某种疾病的药物用来治疗其他疾病，这种超说明书用药是允许的，特别是在没有其他治疗方法的全球大流行期间。”

借助计算方法识别抗新冠药物

面对当下疫情，我们没有充裕的时间等待长达数年的传统式药物研发和批准周期。鉴于新冠疫情的紧迫性，许多研究人员正努力加快探索进程。他们正纷纷转向计算方法，以确定哪些现有药物表现出最大潜力。他们运用网络医学（将网络科学应用于药物研发）和机器学习，评估现有药物是否有可能为成千上万的新冠患者带来帮助。将可用的药物及联合药物的范围缩小到特定目标集合后，就可以针对最有潜力的方案进行重点试验。为此，克利夫兰诊所的研究人员绘制出新型冠状病毒与之前发现的其他人冠状病毒（包括此前的 SARS）之间的遗传相似性。研究人员在 MATLAB 中完成了接近度计算。他们将重点放在了病毒靶向的蛋白上。一旦获得了靶蛋白的相似性，研究人员就可以寻找与这些特定蛋白相互作用的药物。

（a） 冠状病毒 （CoV） 的进化树。（b） HCoV 基因组示意图。图片所有权：Feixiong Cheng 等

再利用现有药物来对抗新型病毒

结合药物基因关系网络图和生物信息学分析，研究人员设计出一种方法，用于识别具有抗新冠潜力的药物及联合药物。他们于 3 月 16 日在《自然》杂志上发表了标题为《基于网络针对新型冠状病毒 2019-nCoV/SARS-CoV-2 进行药物再利用》（Network-based drug repurposing for novel coronavirus 2019-nCoV/SARS-CoV-2［2］） 的论文。研究人员使用了 15 种人冠状病毒的全基因组序列数据，并观察其进化关系。他们发现新型冠状病毒 （COVID-19） 与 SARS-CoV 的重合度最高。研究人员认为，至少有一种已批准的药物或临床试验中的试验性药物可以靶向 47 种人类蛋白（39%，下图中的蓝色节点）。

基于网络针对 2019-nCoV/SARS-CoV-2 进行联合药物理性分子设计。图片所有权：Feixiong Cheng 等

将目标药物从 2，930 种缩小到 16 种

研究人员从 2，938 种评估药物中共识别出 135 种药物与药物靶标显著接近。对这些药物进行“评分”后，范围进一步缩小到 16 种潜在的可再利用药物。其中包括褪黑素、巯基嘌呤和西罗莫司。他们确定了另外三种可能的联合药物，分别针对网络模型的不同区域。