科學(xué)家發(fā)現(xiàn)猴痘病毒全新廣譜抗病毒藥物靶標(biāo)

上海科技大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所、重慶醫(yī)科大學(xué)等單位的科研團(tuán)隊(duì)，首次證實(shí)正痘病毒屬的核心蛋白酶是一個(gè)全新的廣譜抗病毒藥物靶標(biāo)，并解析了猴痘病毒核心蛋白酶的高分辨率三維空間結(jié)構(gòu)，揭示了其識(shí)別底物的分子機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多個(gè)具有強(qiáng)效廣譜抗病毒活性的小分子抑制劑并闡明其精確作用機(jī)制，為廣譜抗正痘病毒藥物的開(kāi)發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。4月22日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。

正痘病毒屬包含天花病毒、猴痘病毒（MPXV）等重要的人類(lèi)病毒，是一類(lèi)有包膜的雙鏈DNA病毒。發(fā)現(xiàn)和確證抗正痘病毒的新型藥物靶點(diǎn)，以及開(kāi)發(fā)強(qiáng)效抗病毒抑制劑，對(duì)當(dāng)前猴痘疫情的有效控制具有現(xiàn)實(shí)緊迫性，同時(shí)可為應(yīng)對(duì)其他正痘病毒的威脅提供保障。正痘病毒屬的成員都編碼的一種高度保守核心蛋白酶，對(duì)于病毒成熟和感染性子代病毒的產(chǎn)生至關(guān)重要，其突變或缺失會(huì)導(dǎo)致病毒失去感染能力。

研究團(tuán)隊(duì)成功表達(dá)并純化了具有活性的MPXV核心蛋白酶，并結(jié)合單顆粒冷凍電鏡和X射線(xiàn)晶體衍射技術(shù)解析了其高分辨率的三維結(jié)構(gòu)。核心蛋白酶呈現(xiàn)出二體的組裝模式，每個(gè)單體包括N端結(jié)構(gòu)域、催化結(jié)構(gòu)域和C端結(jié)構(gòu)域，其中活性中心位于催化結(jié)構(gòu)域。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)篩選發(fā)現(xiàn)，用于治療肌肉萎縮的廣譜半胱氨酸蛋白酶抑制劑aloxistatin，對(duì)MPXV核心蛋白酶的催化活性具有較好的抑制效果，同時(shí)也表現(xiàn)出一定的抗痘苗病毒及抗MPXV活性。結(jié)構(gòu)生物學(xué)分析結(jié)果表明，aloxistatin與活性中心附近一個(gè)非催化的氨基酸殘基形成共價(jià)鍵，但未能完全占據(jù)底物結(jié)合口袋，這可能是其抑制活性不強(qiáng)原因。

進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了病毒核心蛋白酶底物識(shí)別和催化機(jī)制的研究。結(jié)果顯示，在底物的誘導(dǎo)下，核心蛋白酶活性中心發(fā)生了一系列構(gòu)象變化，而核心蛋白酶對(duì)底物中兩個(gè)特定位置氨基酸具有高度選擇性。由此，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)性地設(shè)計(jì)合成了一系列擬肽類(lèi)抑制劑，其中A3-A6具有高效的病毒核心蛋白酶抑制活性，且表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗猴痘病毒活性和抗痘苗病毒活性，同時(shí)具有良好的安全性。A3與核心蛋白酶的復(fù)合物結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，A3不僅可以與蛋白酶的催化中心的關(guān)鍵氨基酸形成共價(jià)鍵，還可以利用其化學(xué)修飾基團(tuán)同底物結(jié)合口袋的氨基酸殘基形成額外的氫鍵相互作用，以增強(qiáng)其結(jié)合能力。這些研究結(jié)果表明，化合物A3-A6在后續(xù)開(kāi)發(fā)廣譜抗痘病毒抑制劑上的具有巨大潛力，是良好的先導(dǎo)化合物。

MPXV核心蛋白酶的底物識(shí)別機(jī)制。圖片由研究團(tuán)隊(duì)提供