半年内连发2篇science和2篇Nature，最新论文发现新冠病毒候选药物，致敬国内这位院士大牛

近期，一场新型冠状病毒肺炎疫情在全球蔓延，病毒传播使卫生系统不堪重负，同时也破坏了全球经济，导致了社会混乱。预估这场新冠肺炎的致死率是普通流感的10倍。由于缺乏针对病原体的有效抗病毒药物，目前只能以隔离治疗、对症支持治疗为主。因此，亟需找到一种具有针对性的药物来对抗新型冠状病毒。

4月9日上海科技大学蒋华良、饶子和与杨海涛研究团队合作在Nature杂志上以“加速预览”(accelerated article preview)的形式联合发表了题为Structure of Mpro from COVID-19 virus and discovery of its inhibitors的研究性论文，率先解析了新型冠状病毒关键药物靶点主蛋白酶（Mpro）的晶体结构，并且使用结构辅助药物设计、虚拟药物筛选和高通量筛选相结合的策略进一步找到了针对新冠病毒的潜在药物。

COVID-19病毒的功能性多肽主要是由主蛋白酶（Mpro）水解后释放发挥作用，这说明Mpro在病毒生命周期中起到了重要作用。为了找到针对Mpro的靶点药物，作者将COVID-19病毒主蛋白酶（Mpro）在大肠杆菌中表达纯化，并且通过一种高通量活性测定方法确定这种蛋白酶具有很强的酶活性。

在之前的一项研究中，作者利用计算机辅助药物设计方式设计了一种Michael受体抑制剂N3，它可以特异性地抑制多种CoV-Mpros，包括SARS-CoV和MERS-CoV的Mpros。为了评价N3对COVID-19病毒Mpro的疗效，作者进行了动力学分析。结果显示N3对COVID-19病毒Mpro也有很强的抑制作用。

随后为了阐明上述化合物的抑制机制，作者解析了N3-COVID19病毒Mpro的晶体结构，其分辨率达到了2.1Å。从晶体结构图分析发现三个结构域：结构域I和II具有反平行的β-桶结构。结构域III包含五个α螺旋，排列成一个很大程度上反平行的球状簇，并通过一个长环区域与结构域II相连。其中底物结合位点位于结构域I和II之间的缝隙中，N3与底物结合袋中残留的主链形成多个氢键进一步锁定在底物结合袋中。

晶体结构的叠加表明，最可变的区域是螺旋结构域III和表面环，而位于结构域I和II之间的缝隙中的底物结合口袋在所有CoV-Mpros中高度保守，这表明靶向该位点的抗病毒抑制剂应该具有广谱性抗CoV活性。

此前已证明cinanserin是一种特性良好的5-羟色胺拮抗剂，能抑制SARS-CoV- Mpro。作者使用Glide（v8.2）对接一个潜在结合化合物的内部数据库分析发现cinanserin与上述的底物结合口袋紧密结合，这说明它具有优化后治疗COVID19病毒的潜力。

为了进一步找到病毒的抑制剂，作者使用荧光共振能量转移技术筛选了10000种化合物，这些化合物包括已批准的药物、临床试验药物候选者和天然产物。结果显示Ebselen对Mpro活性的抑制作用最强，Ebselen是一种具有抗炎、抗氧化和细胞保护作用的有机硒化合物。该化合物已被研究用于治疗多种疾病，如双相情感障碍和听力损失。串联质谱分析发现ebselen、PX-12和carmofur均能与COVID-19病毒Mpro的催化二元体共价结合，但PX-12和carmofur完全修饰Mpro而ebselen只能部分修饰该病毒半胱氨酸蛋白酶。

最后，作者在细胞试验中评估了这些化合物能否阻止病毒的复制。RT-PCR和菌斑减少实验都显示出ebselen和N3对COVID-19病毒感染的细胞具有最强的抗病毒作用。剂量-反应曲线也表明ebselen和N3能穿透细胞膜到达靶点。因此，ebselen具有治疗CoV的临床潜力。

研究总结：

综上所述，作者通过计算机辅助药物设计确定了一种基于机制的抑制剂N3，并得到了N3- COVID-19病毒Mpro 复合物的晶体结构。基于结构的虚拟筛选和高通量筛选，作者分析了10000多种化合物，发现6种化合物具有抑制Mpro的作用，其中Ebselen在细胞检测中显示出很强的抗病毒活性。这种筛选策略也可用于发现具有临床潜力的药物以应对没有特定药物或疫苗的新型传染病。

延伸阅读：

值得一提的是，该项研究作者之一饶子和院士近期已经在多个知名杂志上发表了具有国际影响力的文章。

2020年4月1日，饶子和院士与娄智勇教授以及王权教授合作在Science杂志上在线发表题为“Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus”的研究型论文。在该论文中，作者揭示了COVID-19病毒中RNA依赖的RNA聚合酶RdRp-nsp7-nsp8复合物的结构，为治疗新型冠状病毒靶向药物的开发提供理论基础。

2020年1月15日，饶子和院士在Nature杂志上发表了题为Host-mediated ubiquitination of a mycobacterial protein suppresses immunity的文章，揭示了结核分枝杆菌抑制宿主免疫的机制，并为针对结核分枝杆菌的有效免疫调节剂的开发提供了理论依据。

2019年11月1日，饶子和院士在Science杂志上 在线发表题为“Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly”的论文，文中利用优化的图像重建策略，解析了高达4.1埃的ASFV衣壳结构，包括蛋白质p72、M1249L、p17、p49和H240R，通过结构分析揭示了衣壳稳定性和组装的基础，这为为非洲猪瘟疫苗的开发提供了新的途径。

推荐阅读：

关注后获取《科研修炼手册》1、2、3、4、5、6、7、8、9、10