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科學(xué)家成功解析新冠病毒主蛋白酶三維結(jié)構(gòu)
由上海科技大學(xué)饒子和/楊海濤團(tuán)隊(duì)與合作者組成的“抗新冠病毒攻關(guān)聯(lián)盟”，率先在國(guó)際上成功解析新型冠狀病毒關(guān)鍵藥物靶點(diǎn)——主蛋白酶（Mpro）的高分辨率三維空間結(jié)構(gòu)，并綜合利用3種不同的藥物發(fā)現(xiàn)策略，找到針對(duì)新冠病毒的潛在藥物。
北京時(shí)間4月9日下午5點(diǎn)，經(jīng)《自然》雜志邀請(qǐng)投稿，上述團(tuán)隊(duì)在該期刊上聯(lián)合發(fā)表了這一最新成果。其中，上海科技大學(xué)為論文第一完成單位。
（左）新冠病毒主蛋白酶-抑制劑N3的復(fù)合物結(jié)構(gòu)；（右）冠狀病毒主蛋白酶的底物結(jié)合口袋是一個(gè)保守藥物設(shè)計(jì)靶點(diǎn)
截至4月8日，全球累計(jì)確診新冠肺炎約150萬(wàn)人，死亡人數(shù)超過(guò)8.7萬(wàn)人，已覆蓋全球200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
新型冠狀病毒與嚴(yán)重急性呼吸道綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）和中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）具有較近的親緣關(guān)系，因缺乏特效藥和疫苗，針對(duì)新型冠狀病毒的藥物靶點(diǎn)科研攻關(guān)及新藥研發(fā)迫在眉睫。
新型冠狀病毒非常“狡猾”，在入侵細(xì)胞后，會(huì)立即利用細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)合成自身復(fù)制必需的兩條超長(zhǎng)復(fù)制酶多肽（pp1a和pp1ab）。
這兩條復(fù)制酶多肽需要被剪切成多個(gè)零件（如RNA依賴(lài)的RNA聚合酶、解旋酶等等）；這些零件進(jìn)一步組裝成一臺(tái)龐大的復(fù)制轉(zhuǎn)錄機(jī)器，然后病毒才能啟動(dòng)自身遺傳物質(zhì)的大量復(fù)制。兩條復(fù)制酶多肽的剪切要求異常精確，因此病毒自身編碼了一把神奇的“魔剪”——主蛋白酶（Mpro）。
這把“魔剪”在復(fù)制酶多肽上存在至少11個(gè)切割位點(diǎn)，只有當(dāng)這些位點(diǎn)被正常切割后，這些病毒復(fù)制相關(guān)的“零件”才能順利組裝成復(fù)制轉(zhuǎn)錄機(jī)器，啟動(dòng)病毒的復(fù)制。
由于主蛋白酶這把“魔剪”在病毒復(fù)制過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，且人體中并無(wú)類(lèi)似的蛋白質(zhì)，因此主蛋白酶就成為一個(gè)抗新冠病毒的關(guān)鍵藥靶。
雖然過(guò)去30年間至少出現(xiàn)了30種新發(fā)傳染病（如SARS、 MERS等），如何能在疫情期間迅速找到具有臨床潛力的藥物仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
為解決這一難題，攻關(guān)“聯(lián)盟”首先瞄準(zhǔn)了“老藥”，即成藥、臨床試驗(yàn)藥物以及天然產(chǎn)物；同時(shí)開(kāi)展了從頭設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)虛擬篩選和高通量篩選3種不同的研究策略，三管齊下。
在從頭設(shè)計(jì)的研究策略中，攻關(guān)“聯(lián)盟”發(fā)現(xiàn)邁克爾受體N3是一個(gè)主蛋白酶的強(qiáng)效抑制劑，并率先解析了2.1?的“主蛋白酶-N3”的高分辨率復(fù)合物結(jié)構(gòu)（隨后又提高至1.7?），這也是世界上第一個(gè)被解析的新冠病毒蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)。
為方便相關(guān)的科技工作者第一時(shí)間開(kāi)發(fā)以該酶為靶點(diǎn)的抗病毒藥物，攻關(guān)“聯(lián)盟”第一時(shí)間公開(kāi)了研究成果，并在PDB蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（Protein Data Bank, PDB）公開(kāi)了結(jié)構(gòu)坐標(biāo)。
自1月26日起，團(tuán)隊(duì)已為國(guó)內(nèi)外300多家高校、研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室直接提供了數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)被PDB蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)選為2020年2月的明星分子（February Molecule of the Month），并被PDB撰文報(bào)道。
此后，攻關(guān)“聯(lián)盟”繼續(xù)聯(lián)合利用虛擬篩選和高通量篩選策略相結(jié)合的方式，對(duì)10000多個(gè)老藥、臨床藥物以及天然活性產(chǎn)物進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)了數(shù)種對(duì)主蛋白酶有顯著抑制作用的藥物，其中包括雙硫侖（disulfiram）、卡莫氟（carmofur）、依布硒（ebselen）、紫草素（shikonin）、Tideglusib和PX-12等。
后續(xù)的抗新冠病毒實(shí)驗(yàn)顯示，依布硒和N3均能在細(xì)胞水平顯著抑制新冠病毒的復(fù)制。值得一提的是，依布硒已用于治療聽(tīng)力障礙等多種疾病的臨床試驗(yàn)（完成臨床二期），并具有很好的安全性表現(xiàn)。上述研究成果，為迅速開(kāi)發(fā)具有臨床潛力的抗新冠肺炎的先導(dǎo)藥物奠定了重要基礎(chǔ)。
“抗新冠病毒攻關(guān)聯(lián)盟”由上海科技大學(xué)-清華大學(xué)饒子和/楊海濤團(tuán)隊(duì)、中科院上海藥物所蔣華良團(tuán)隊(duì)、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院秦成峰團(tuán)隊(duì)以及中科院武漢病毒所石正麗團(tuán)隊(duì)、肖庚富團(tuán)隊(duì)等組成。國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（上海）主任兼上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授許文青、澳大利亞昆士蘭大學(xué)教授Luke W. Guddat參與了此項(xiàng)研究。
攻關(guān)“聯(lián)盟”中的饒子和院士團(tuán)隊(duì)自從2003年SARS暴發(fā)以來(lái)，在17年間一直致力于冠狀病毒關(guān)鍵藥靶的研究及抗病毒新藥的研發(fā)。
研究團(tuán)隊(duì)在SARS暴發(fā)期間，就曾在世界上解析了首個(gè)SARS病毒蛋白質(zhì)（主要蛋白酶）的三維空間結(jié)構(gòu)，為抗SARS藥物的研發(fā)提供了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)依據(jù)；隨后研究團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出首個(gè)抑制所有冠狀病毒的廣譜抑制劑。這些前期的研究都為最新研究的順利開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2223-y
