我国攻关联盟解析新冠要害筛选出多种病毒按捺小分子

（原标题：我国攻关联盟解析新冠“要害”，挑选出多种病毒按捺小分子）

汹涌新闻记者 张若婷 贺梨萍

经世界威望学术刊物《天然》（Nature）约请投稿，当地时间4月9日，来自我国的“抗新冠病毒攻关联盟”正式宣告了题为“Structure of Mpro from COVID-19 virus and discovery of its inhibitors”的研讨。该研讨提醒了2.1?新冠病毒Mpro（又称3CLpro）与 N3复合物的高分辨率结构，这也是世界上第一个被解析的新冠病毒蛋白质的三维空间结构。

他们还剖析探讨了多种药物发现战略，该研讨为敏捷开发具有临床潜力的抗新冠肺炎的药物奠定了重要根底。经过计算机辅佐药物规划，攻关团队确认了新冠病毒主蛋白酶的强效按捺剂N3。此外，团队还进行了10000多种化合物的挑选，发现了双硫仑（disulfiram）、卡莫氟（carmofur）、依布硒（ebselen）、紫草素（shikonin）、Tideglusib和PX-12等多种对主蛋白酶有显着按捺效果的药物。

据中科院药物所介绍，上述“抗新冠病毒攻关联盟”由上海科技大学-清华大学饶子和/杨海涛团队、中科院上海药物所蒋华良团队、军事科学院军事医学研讨院秦成峰团队以及中科院武汉病毒所石正丽团队、肖庚富团队等组成。国家蛋白质科学中心（上海）主任兼上海科技大学生命科学与技能学院教授许文青、澳大利亚昆士兰大学的Luke W. Guddat教授也参加了此项研讨。

该项研讨的通讯作者为上海药物所研讨员兼上海科技大学免疫化学研讨所特聘教授蒋华良院士、清华大学教授兼上海科技大学免疫化学研讨所特聘教授饶子和院士、上海科技大学免疫化学研讨所课题组长杨海涛研讨员（兼生命科学与技能学院副教授）。

新冠疫情在我国尚处于爬坡期的1月25日，我国科学院上海药物研讨所曾宣告：由蒋华良院士和饶子和院士领衔、20余个课题组参加的我国科学院上海药物研讨所和上海科技大学免疫化学研讨所抗新冠病毒感染联合应急攻关团队挑选出了30种具有医治潜力的药物。随后的1月26日，饶子和/杨海涛课题组测定的新冠病毒主蛋白酶（Mpro）的高分率晶体结构对外发布，以便有更多的科技工作者、特别是从事药物研制的科技人员运用。

新冠病毒是一种单链RNA正链包膜乙型冠状病毒，侵略细胞后，新冠病毒会当即运用细胞内的物质组成本身仿制必需的两条超长仿制酶多肽（pp1a和pp1ab）。这两条仿制酶多肽需要被剪切成多个零件（如RNA依靠的RNA聚合酶、解旋酶等等）；这些零件进一步组装成一台巨大的仿制转录机器，然后病毒才干发动本身遗传物质的很多仿制。

两条仿制酶多肽的剪切要求反常准确，因而病毒本身编码了一把奇特的“魔剪”——主蛋白酶Mpro。Mpro在仿制酶多肽上存在至少11个切开位点，只有当这些位点被正常切开后，这些病毒仿制相关的“零件”才干顺畅组装成仿制转录机器，发动病毒的仿制。

正是由于主蛋白酶在病毒仿制过程中起到至关重要的效果，且人体中并无相似的蛋白质，因而主蛋白酶就成为一个抗新冠病毒的要害药靶，按捺这种酶的活性将有用阻挠病毒仿制。

值得一提的是，除了主蛋白酶Mpro，此次疫情期间，饶子和团队还领衔成功解析了新式冠状病毒RNA依靠性RNA聚合酶（RdRp）的结构，首先探讨了广受重视的抗病毒药物瑞德西韦（GS-5734）医治新冠肺炎的病毒靶标。其团队在SARS（严峻急性呼吸综合征）疫情爆发期间，就曾在世界上解析了首个SARS病毒蛋白质（首要蛋白酶）的三维空间结构。

全球初次解析新冠病毒“主蛋白酶-N3”三维空间结构

研讨团队经过质谱法测定了COVID-19病毒Mpro的分子量为33797.0 Da，与其理论分子量33796.8 Da相符。

在此前的研讨中，研讨团队运用计算机辅佐药物规划规划了迈克尔受体按捺剂N3，该抗体能够特异性按捺多种冠状病毒首要蛋白酶，这中心还包含SARS-CoV（严峻急性呼吸系统综合征冠状病毒）和MERS-CoV（中东呼吸系统综合症冠状病毒）的Mpro。

研讨人员接下来构建了新冠病毒Mpro的同源性模型，并运用分子对接来确认N3是否能够靶向这种新的冠状病毒的Mpro。

研讨人员发现，一个对接形状标明N3能够进入底物结合口袋（the substrate-binding pocket），而这一“口袋”恰恰由于高度保存性而可当作规划广谱按捺剂的药物靶标。

（左）新冠病毒主蛋白酶-按捺剂N3的复合物结构；（右）冠状病毒主蛋白酶的底物结合口袋是一个保存药物规划靶点

随后，研讨团队运用晶体衍射技能，获得了分辨率为2.1埃的N3与Mpro复合物结构。在新冠病毒首要蛋白酶结构中，结构域I和结构域II构成六链反平行β-桶形结构，在它们之间的裂缝中带有底物结合位点，即药物靶标“口袋”。

有必要留意一下的是，早在1月26日，研讨团队测定的Mpro高分率晶体结构已在PDB蛋白质结构数据库（Protein Data Bank, PDB）上揭露。自1月26日起，团队已为国内外300多家高校、研讨机构及企业的试验室直接供给了数据。该结构也被PDB蛋白质结构数据库选为2020年2月的明星分子（February Molecule of the Month）。

事实上，跟着新冠疫情在全球爆发，科学家们一直在尽力寻觅有用的病毒按捺剂。此前3月20日，《科学》（Science）杂志宣告了德国吕贝克大学生物化学研讨所Rolf Hilgenfeld等人的研讨，他们经过对新冠病毒首要蛋白酶结构的解析，对此前的按捺剂进行了优化，并以为一种名为13b的α-酮酰胺按捺剂显示出显着的肺向性，而且适用于经过吸入途径给药。

多种战略挑选潜在药物：依布硒和N3均能在细胞水平显着按捺新冠病毒仿制

现在，关于新冠病毒的医治还没有特效药物。为了快速发现具有临床潜力的抗病毒化合物，研讨团队还开发了一种结合从头规划、虚拟药物挑选和高通量挑选的战略，以确认现有药物是否能靶向COVID-19病毒的Mpro。

与N3结合的新冠病毒Mpro复合物结构关于经过计算机挑选来判定潜在靶向药物供给了一种模型，研讨人员从而建立了潜在结合化合物的内部数据库。

成果标明，肉桂硫胺（cinanserin）能够与底物结合口袋紧密结合，对Mpro的IC50（半按捺浓度）值为125μM。

肉桂硫胺是一种血清胺拮抗制剂，在1960年代已在人体中进行了开始临床测验，而且从前已显示出按捺SARS-CoV的Mpro的效果。肉桂硫胺在上世纪70年代用于医治精神分裂症，对冠状病毒3CL水解酶具有按捺效果。

团队以为，它具有作为抗新冠病毒药物的优化潜力。为了表征其酶促活性并进行按捺剂的高通量挑选，研讨团队开发了一种荧光共振能量转移（FRET）剖析办法。

接下来，攻关“联盟”持续联合运用虚拟挑选和高通量挑选战略相结合的方法，对10000多个老药、临床药物以及天然活性产品进行挑选，发现了数种对主蛋白酶有显着按捺效果的先导药物，这中心还包含双硫仑（disulfiram）、卡莫氟（carmofur）、依布硒（ebselen）、紫草素（shikonin）、Tideglusib和PX-12等。

其间，依布硒关于新冠病毒Mpro的按捺效果最强。值得一提的是，依布硒已用于医治听力妨碍等多种疾病的临床试验（完结临床二期），并具有非常好的安全性体现。

为了进一步证明它们体外的酶促按捺成果，研讨人员进行了后续的抗新冠病毒试验，成果标明，依布硒和N3均能在细胞水平显着按捺新冠病毒的仿制。

攻关团队表明，“在这一研讨中，根据结构的从头规划、计算机虚拟挑选和高通量挑选三种研讨战略的结合被证明是找到针对立新冠病毒药物的有用战略。”

研讨者们以为，这种挑选战略有用性较高，能够快速发现具有临床潜力的药物，以应对尚无特定药物或疫苗的新传患病。