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科學裡沒有超級英雄，我們都是站在前人的肩膀上

2002年，香港爆發SARS疫情；2004年，科學家就申請了一款冠狀病毒蛋白酶藥物的專利（WO2005113580A1）。孰料，SARS就此消失無蹤，該藥物在人身上派不上用場，後續轉為治療貓冠狀病毒（feline coronavirus,FCoV）的藥物。時光流轉，15年後2019冠狀病毒疾病（COVID-19）襲來，人類在覆滅之際想起了這款寵物藥物。

今（2021）年10月5日，繼默沙東（Merck）的「莫納皮拉韋」（Molnupiravir）之後，輝瑞藥廠（Pfizer）發表了可用於COVID-19的口服藥帕克洛維（Paxlovid）就是前敘藥物的延伸研究，輝瑞在新聞稿宣稱其抗重症療效將近九成。高超的療效振奮人心，有望成為首批口服藥物之一。

在輝瑞、默沙東推出口服藥物之前，醫界認可治療COVID-19的方式僅能藉助有靜脈注射藥物如：單株抗體、瑞德西韋（Remdesivir）等。但靜脈給藥、必須讓病人住院，倘若治療手段僅有靜脈注射，勢必大幅增加醫護負擔、降低病人的服從性。

因此對於COVID-19此類全球性流行病而言，口服藥物的出現，代表病人能在家自行服藥，減輕醫療負擔、提高病人遵從性。更提供了曝露前保護（如：前往隔離病房或嚴重疫區前開始吃藥）、曝露後預防（如：和確診者接觸的5天內，立刻吃藥）的策略選項。

那麼，輝瑞的口服藥為什麼有效？帕克洛維的運作機制和瑞德西韋、莫納皮拉韋有什麼差別嗎？

從冠狀病毒生活史 看帕克洛維的作用機制

在說明輝瑞的帕克洛維抗病毒機制之前，我們先簡單了解一下冠狀病毒的生活史，其步驟依序如下：
1. 病毒接觸細胞表面受器、進入細胞
2. 病毒釋出內藏的RNA基因，轉譯出大段的病毒蛋白質等
3. 病毒蛋白酶切割大段的病毒蛋白質，切出有功能的蛋白質
4. 病毒的RNA聚合酶持續複製新RNA
5. RNA基因持續轉譯出新結構性病毒蛋白
6. 新RNA基因、結構性病毒蛋白組裝成新病毒，再離開細胞

帕克洛維主要阻斷步驟3病毒結構蛋白質的出現，因此以下我們將對該步驟做詳細說明。冠狀病毒是單股正鏈RNA病毒，進入宿主細胞、釋出病毒顆粒內的RNA後，會利用人體細胞的核醣體轉譯出兩條多肽鏈pp1a和pp1ab。此兩條多肽鏈是多個非結構性蛋白（non-structural protein, NSP）的前驅物組合，在後續的步驟中，會被病毒蛋白酶切開，就能協助病毒複製子代。

當非結構性蛋白被正確地切開後，會分頭行動。有的負責停止人體細胞正常轉譯，並促使分解人體mRNA；有些會利用病毒RNA為模版、開始複製更多的新RNA，其中最重要的為RNA依賴性RNA聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase,RdRp）——nsp12。換言之，若能阻止「切開」的步驟，就能阻止非結構性蛋白出現、進而扼殺病毒的複製流程。打個比方，還未經切割摺疊的多肽鏈，就像是一塊很大張的西裝布料，上面用粉筆繪著剪裁線。而病毒蛋白酶能辨認剪裁線、逐一切下，裁切後的布料就能進一步縫合成西裝外套、褲子等，也就是在後續的步驟中形成正確、具有功能的蛋白質。若能打壞剪刀，那麼布料就無法成為有功能的產品了。

那麼，是哪些蛋白酶負責正確地切開多肽鏈呢？病毒產生的兩條多肽鏈內都各包含2個蛋白酶，分別是3CL蛋白酶（3C-like protease）和PL蛋白酶（papain-like protease）。因為帕克洛維是阻斷3CL，故以下將主要敘述3CL蛋白酶的運作機制。

3CL和PL蛋白酶是兩條多肽鏈的其中一部分（圖一），而整個「切開」的過程、就從兩個蛋白酶的自我裁切開始。3CL和PL會將自己從pp1a和pp1ab裡切出來，然後3CL將負責11個裁切處，而PL則辨識3個裁切處，陸續地切出其他的非結構性蛋白，讓它們去劫持細胞、複製病毒基因等。

冠狀病毒的非結構性蛋白，對病毒存活非常重要。其中最重要的是，多個非結構性蛋白會組裝成複製酶和轉錄酶複合物 (replicase–transcriptase complex, RTC)，該複合物協助複製RNA病毒基因，也協助產出其他病毒蛋白的RNA、進而強而我們已知，主要負責切出非結構性蛋白的蛋白酶是3CL，所辨認、切除的胺基酸序列都是Leu-Gln↓Ser-Ala-Gly（↓記號為切割位點），蛋白酶3CL似乎專門辨認、切割該序列Gln之後的多肽鏈。因此模仿被辨認、切割的結構、進而製成小分子藥物，就有可能讓蛋白酶誤食藥物、進而失去活性。

科學家對多種冠狀病毒，包括SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERSCoV的3CL蛋白酶進行X光晶體結構的分析，發現它們之間具備高度結構相似性和保守性。若能開發出針對3CL的小分子藥物，就有機會延伸成對抗現在舊有、未來新興冠狀病毒的廣譜型藥物。而更重要的是，目前研究上，尚未發現人類體內有著相同特性的酵素；換言之，該藥物有可能不會誤傷人體、造成嚴重副作用。綜上所述，針對3CL的小分子藥物，也許是人類心目中最理想的抗冠狀病毒藥物。

類似的設計概念，已在其他病毒上使用，如：人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus,HIV）和C型肝炎病毒（hepatitis C virus, HCV），都已有各自對應的蛋白酶抑制劑藥物上市使用。

模仿布料的裁切線：抑制冠狀病毒3CL蛋白酶

輝瑞的帕克洛維，內含兩種藥物，分別為新藥PF-07321332和老藥利托那韋（ritonavir）。PF-07321332是3CL蛋白酶抑制劑，而利托那韋可抑制人體正常酵素，避免PF-07321332過快被人體代謝，已被應用在抗HIV等治療。

在十數年前，香港爆發2002年的SARS疫情後不久，輝瑞的科學家就透過模仿被3CL蛋白酶辨識、切割的多肽鏈特徵（即前述模仿Leu-Gln↓Ser-Ala-Gly的結構），設計出第一代3CL蛋白酶抑制劑：PF-00835231。然而，SARS就此消失人間，此化合物的研發、應用轉向寵物領域，最後成為治療貓冠狀病毒引發腹膜炎（feline infectious peritonitis, FIP）的藥物（GC-376）。制宿主細胞製造病毒蛋白質。

世事難料，去年由全新的冠狀病毒所爆發的COVID-19襲向人類，全球的科學家傾力對抗。PF-00835231和GC-376也被加入測試中，結果發現它們都能阻斷SARS-CoV-2存活，顯示開發3CL蛋白酶抑制劑的方向正確。

科學家再逐步微調化合物的結構、以改善口服生物利用率、製程友善性等。透過不斷測試，其口服生物利用率，從PF-00835231的1.4％，拉高到PF-07321332的50％。

PF-07321332屬於可逆、競爭型酵素抑制劑，透過模仿病毒多肽鏈的特徵，讓3CL蛋白酶誤食，因此若有足夠濃的藥物，就能和多肽鏈競爭、讓3CL蛋白酶咬不到真正的多肽鏈。而PF-07321332的腈基（nitrile）會和蛋白酶結合成可逆的共價鍵，等同於黏住蛋白酶的嘴巴，進一步阻止3CL蛋白酶正常的工作。

以圖二為例，該圖的4個抑制3CL蛋白酶的化合物，其P1支鏈的設計以γ-lactam模仿Gln胺基酸， 而P 2支鏈設計以疏水性的環丁烷（cyclohexyl）或環丙烷（cyclopropyl）基團模仿白胺酸（Leucine, Leu）。而設計成彈頭（warhead）的官能基，可和3CL蛋白酶的活性位置形成共價鍵、卡住蛋白酶。其中PF-07321332符合高口服生物利用率、藥廠製程友善度佳，同時也在細胞實驗裡展現出抗病毒的效果，於是輝瑞將此化合物投入人體的臨床試驗，力求盡速推出COVID-19口服藥物。

帕克洛維有效嗎？適用於哪些情況？

相較於疫苗，輝瑞的口服藥物、其公開數據、研究非常少見，僅能從該公司的新聞稿得知，帕克洛維臨床一期約在今年3月啟動、年中完成；2／3期在9月啟動，而在11月5日發布新聞稿，宣布期中數據的結果極佳、提前暫停招募受試者。鑒於缺乏公開數據，本文僅就新聞稿等探究帕克洛維的優、劣勢。

帕克洛維口服的方式相當簡易，每隔12小時服藥一次，連續5天即可。據新聞稿所述，在症狀發作的5天內吃藥，到了第28天，安慰劑組約6.7％惡化成重症或死亡（612名受試者，41人重症，其中10人因病亡故），而藥物組僅1％惡化成重症、且無人死亡（607名受試者，6人重症，0人因病亡故）。重症或死亡比率從6.7％降至1％，換算的療效約85％。若能在症狀出現的3天內吃藥，則療效更能提高到89％。

輝瑞設計此帕克洛維的主要目的是「阻止高風險族群重症／死亡」，因此受試者「必須都符合」下述條件：

✔COVID-19確診
✔病情為輕症
✔進行試驗前5天內，曾經出現過COVID-19症狀
✔高齡者，或至少罹患一項「可能惡化成重症」的慢性病，如：肥胖、糖尿病、心臟病等

與默沙東的莫納皮拉韋比較

兩者的差異

輝瑞新聞稿敘述帕克洛維可降低重症風險將近九成；而默沙東的新聞稿，表示自家藥物可降低重症風險約五成。但這不代表輝瑞藥物遠勝默沙東，兩種藥物的公開研究都太少，無法判斷兩者之間的優劣。

承上，同理可知，兩種藥物的副作用也尚未明瞭。儘管兩家藥廠都宣稱副作用和安慰劑相似，但目前的試驗人數，輝瑞僅收了1219人、默沙東僅收了775人，僅有千餘人的安全數據，很難看出藥物更少見的副作用。

而輝瑞的帕克洛維同時包含了PF-07321332和利托那韋（ritonavir）兩種藥物， 患者除了要承受PF-07321332的副作用外，也要考慮到利托那韋帶來的影響，如：利托那韋的功能為抑制人體代謝藥物，若患者同時也服用某些藥物（如：抗癌藥物），則可能會產生交互作用、導致體內藥物濃度過高。

而機制的部分，儘管兩款藥物都針對感染早期（出現症狀後的5天內），但各自針對不同的酵素。輝瑞的帕克洛維針對3CL蛋白酶，讓病毒無法產出生存必須的蛋白質；而默沙東的莫納皮拉韋則針對RNA依賴性RNA聚合酶，讓病毒複製產生致命性突變。

因此，理論上確實有可能以這兩種藥物同時採用進行「雞尾酒式療法」──兩種不同機制的藥物綜合使用，以提高療效、降低抗藥性病毒的機率。但現實上，有一定的難度，因為它們有著共同的劣勢。

兩者共同的劣勢

帕克洛維與莫納皮拉韋最大的共同問題，是「錢」。就美國政府採購價而言，默沙東的莫納皮拉韋，單價每人712美元，合台幣超過2萬元。輝瑞的帕克洛維，單價為每人530美元，合台幣約1.5萬元。動輒上萬元的藥物，很難推動自費，也會對政府財政造成壓力。

此外，口服藥還需要面對的隱憂，包括了人類的惰性，人類始終是懶惰的。口服藥的優點是「在家自己吃」、缺點是「在家就會隨便吃」。隨意亂吃非但可能治不好病，還可能會養出具備抗藥性的病毒。這也是在醫療使用上值得審慎考慮的部分。

在這場世紀大瘟疫裡，科學已經打贏病毒，人類唯一無法戰勝的事情，是人性。

保持冷靜，繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻
1. Philip V’kovski et al., Coronavirus biology and replication: implications for SARS-CoV-2 Nature Reviews Microbiology, 2021.
2. Sven Ullrich & Christoph Nitsche, The SARS-CoV-2 main protease as drug target,Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2020.
3. Dafydd R Owen et al., An oral SARS-CoV-2 Mpro inhibitor clinical candidate for the treatment of COVID-19, Science, 2021.