近日，中国科学院上海药物研究所徐华强研究员、余学奎研究员，北京协和医院张抒扬教授以及中国科学院武汉病毒研究所张磊珂副研究员等研究人员在新冠重要药靶RNA复制酶研究领域取得重要进展，首次解析了新冠病毒基因复制酶结合老药苏拉明复合物的冷冻电镜结构，分辨率为2.6埃，这也是国际上第一个解析的非核苷类抑制剂结合新冠病毒RNA复制酶的三维结构。该研究成果3月5日以长文形式在线发表于国际期刊《自然-结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）。

　　新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情自暴发以来，已经在全球范围内蔓延，寻找一套安全有效的治疗方案依旧非常迫切。迫于直接抗病毒药物研发的紧急需求，筛选已上市药物用于治疗和预防新冠病毒有望从一个独特的途径开展抗COVID-19药物研发。

　　新冠病毒RNA复制酶负责子代病毒基因组的复制，在序列和结构上都非常保守，即使是在变异频率很高的RNA病毒中也很少发生突变，同时在人体细胞也没有同源蛋白，是非常重要的抗病毒靶点。根据病毒RNA复制酶抑制剂的化学结构和作用机制的差异，抗病毒药物研发分为核苷类抑制剂和非核苷类抑制剂两个方向。对于核苷类抑制剂的作用机制研究，徐华强研究团队与合作者前期利用冷冻电镜三维重构技术首次解析了新冠病毒RNA复制酶结合RNA与核苷类药物瑞德西韦复合物2.5埃的冷冻电镜结构，揭示了瑞德西韦以单磷酸的形式共价结合在引物链的+1位，使RNA处于转位前的状态，直接抑制了新冠病毒RNA复制酶的活性。而非核苷类抑制剂不需要经过细胞内的磷酸化来获取活性形式，直接作用于病毒复制合酶，引起酶的失活；同时其具有结构多样、高效低毒以及可与其它作用机制的抗病毒药物协同作用等特性，早已用于常见热门病毒防治上。

　　针对新冠病毒RNA复制酶开展非核苷类抑制剂的发现和机制研究，将有助于开发更有效的抗新冠病毒药物。鉴于此，张抒扬研究团队在前期工作基础上，从老药库中筛选活性化合物，发现百年老药苏拉明可以有效抑制新冠病毒RNA复制酶，在酶水平上是瑞德西韦的三磷酸活性形式的20倍以上；同时，在细胞水平上也具有较强的抑制新冠病毒复制的能力。

　　徐华强研究团队与合作者采用单颗粒冷冻电镜技术，解析了苏拉明结合新冠病毒RNA复制酶复合物的三维结构。从解析的结构看，有两个苏拉明分子结合在新冠病毒RNA复制酶的活性中心里，其中一个苏拉明分子占据了模板链结合的位点；另一个苏拉明分子占据了在引物链所在的催化活性中心的位置，揭示了苏拉明通过自身的强电负性的结构特点，竞争性地抑制新冠病毒RNA复制酶结合病毒基因序列，进而抑制了新冠病毒RNA复制酶的活性，这与研究团队利用凝胶迁移功能实验检测到的结果一致。随后，通过对比苏拉明和苏拉明衍生物结合诺如病毒RNA复制酶的晶体结构，研究显示出苏拉明对不同的病毒RNA复制酶的调控机制是有区别的。研究人员最后系统检测了苏拉明衍生物，发现了多个比苏拉明具有更强抑制作用的化合物分子，可以用于后续苏拉明衍生物的改造，进行抗病毒药物研发。

　　该项研究对理解苏拉明抑制新冠病毒RNA复制酶的分子机制奠定了结构基础，拓展了对非核苷类抑制剂作用机制的认识，有望推进靶向RdRp的非核苷类抑制剂的药物研发。

　　上海药物所尹万超副研究员为论文第一作者，清华大学医学院博士生栾晓东、药物所李智海副研究员和博士生周紫薇，以及武汉病毒所博士生王清星为该论文的共同第一作者。徐华强研究员、张抒扬教授、余学奎研究员及张磊珂副研究员为共同通讯作者。上海药物所为本研究第一完成单位。研究工作同时得到了上海药物所蒋华良院士和武汉病毒所肖庚富研究员的支持和帮助。该工作得到国家重点研发计划、上海市市级科技重大专项、科技部重点研发计划、中科院战略性先导科技专项、中科院青年创新促进会、国家自然科学基金委等项目的资助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41594-021-00570-0#citeas 

图：苏拉明抑制新冠病毒RNA复制酶的机制

（供稿部门：徐华强课题组；供稿人：尹万超）