近日，晶蛋生物科學(xué)團(tuán)隊與上海光源、中科院上海藥物所、南方科技大學(xué)、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院、江西晶美瑞和拜澳泰克生物醫(yī)學(xué)集團(tuán)等單位合作在bioRxiv上發(fā)表了新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）的重要研究成果“Structure of SARS-CoV2 main protease in the apo state reveals the inactive conformation”，首次揭示了新型冠狀病毒主蛋白酶apo（main protease,Mpro,也稱3C樣蛋白酶3CLpro）非活性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，為新型冠狀病毒潛伏期長提供新見解，促進(jìn)基于結(jié)構(gòu)的方法來設(shè)計特定的新型冠狀病毒配體作為新治療藥物的進(jìn)程。晶蛋生物張進(jìn)博士、李健博士和上海光源的王啟勝教授是該文章的通訊作者。

       新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）自爆發(fā)以來，疫情覆蓋超過200個國家，截至2020年5月14日，全球地區(qū)累計確診超445萬人，累計死亡人數(shù)超29萬人，但是目前尚未發(fā)現(xiàn)臨床批準(zhǔn)的針對COVID-19的疫苗和藥物，針對COVID-19研究的技術(shù)攻關(guān)和藥物、疫苗開發(fā)仍迫在眉睫。

       Mpro是新型冠狀病毒產(chǎn)生的主要的蛋白酶，冠狀病毒大多數(shù)功能蛋白（非結(jié)構(gòu)蛋白）由ORF1ab基因編碼，先翻譯成一個多蛋白體（7096aa），再由Mpro切割成多個有活性的蛋白，抑制Mpro能夠有效抑制病毒的感染與復(fù)制。因此，Mpro是治療COVID-19藥物的重要靶點。

       過去關(guān)于新型冠狀病毒突變和結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)確定了Mpro的底物結(jié)合位點和活性位點，這賦予了Gln-P1底物殘基在活性構(gòu)象中的特異性。新型冠狀病毒的Mpro結(jié)構(gòu)已在中草藥和新型抑制劑的配合物中得到解決。然而，在非活性構(gòu)象中這些位點的結(jié)構(gòu)仍然難以捉摸。

       晶蛋生物核心團(tuán)隊針對新型冠狀病毒Mpro非活性狀態(tài)結(jié)構(gòu)開展了系列研究工作，并成功獲取了該結(jié)構(gòu)（見下圖）。

新型冠狀病毒Mpro 非活性構(gòu)象結(jié)構(gòu)

       值得注意的是，我們還發(fā)現(xiàn)與SARS病毒pH7.6 apo狀態(tài)結(jié)構(gòu)的活性構(gòu)象相比，SARS-CoV-2 apo狀態(tài)結(jié)構(gòu)在接近生理狀態(tài)（pH 7.5）的條件下處于非活性構(gòu)象。氧陰離子洞的不穩(wěn)定性和無序區(qū)域以及非活性構(gòu)象中的活性位點將提高反應(yīng)所需蛋白酶的活化能，減緩催化作用，最終延長病毒的復(fù)制周期。這些結(jié)構(gòu)差異可能揭示了部分SARS-CoV-2感染者比SARS病毒潛伏期長的根本原因。

       為加快新型冠狀病毒特效藥和疫苗的開發(fā)，關(guān)于其發(fā)病的詳細(xì)分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。此項研究發(fā)現(xiàn)在我們的apo狀態(tài)結(jié)構(gòu)的氧陰離子洞中存在兩個水分子，而在與配體結(jié)合的結(jié)構(gòu)的相同區(qū)域中不存在水分子。在閉塞的口袋中的His163和His41附近發(fā)現(xiàn)的水分子穩(wěn)定了帶正電荷的His殘基，增加了空間位阻，進(jìn)而減慢了酶促反應(yīng)并降低酶的催化效率。因此，在未來基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計中，我們應(yīng)該更多的考慮氧陰離子孔中嵌入的水分子及其相互作用。

       該項研究的Mpro非活性狀態(tài)結(jié)構(gòu)是對新型冠狀病毒可用結(jié)構(gòu)的重要補(bǔ)充，對于理解酶活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)具有廣泛的意義，可以促進(jìn)合理的，基于結(jié)構(gòu)的方法設(shè)計特定的新型冠狀病毒配體作為新的治療劑。