金沙集团1862PI张抒扬课题组合作解析新冠病毒主蛋白酶与GC376复合物结构

2022年6月30日，中国医学科学院北京协和医院教授、生命中心PI张抒扬课题组联合中科院上海药物所徐华强课题组以及中科院武汉病毒所张磊砢课题组在新冠重要药靶主蛋白酶研究领域取得研究进展——解析了新冠病毒主蛋白酶与GC376的晶体结构，分辨率为2.35埃。该研究成果（“Structure Basis for Inhibition of SARS-CoV-2 by the Feline Drug GC376”）在线发表于国际期刊《中国药理学报》（Acta Pharmacologica Sinica）。

由新型冠状病毒(SARS-CoV-2) 引起的新型冠状病毒肺炎 (COVID-19) 的大流行给公共卫生带来了全球性挑战。针对COVID-19，寻找一套安全有效的治疗方案依旧非常迫切。主蛋白酶（Mpro），也称为3CLpro，它由non-structural protrein 5（nsp5）基因编码，是潜在的抗病毒药物靶点。Mpro的功能对于病毒的生命周期是不可或缺的。当病毒感染宿主细胞后，Mpro会与PL2pro一起切割复制酶基因编码两种多聚蛋白，pp1a和pp1ab，使其释放一系列具有多种介导病毒复制和转录功能的非结构蛋白 (NSP) 。因此，抑制Mpro的活性可以有效地阻止冠状病毒的复制。

为了探索针对SARS-COV-2 Mpro治疗COVID-19的潜在药物，研究团队在疫情爆发早期从已报道的能抑制冠状病毒Mpro活性的小分子中进行筛选，并发现GC376能和新冠病毒Mpro结合。GC376 是一种半胱氨酸蛋白酶共价抑制剂，用于通过抑制 Mpro 来治疗猫科动物的一系列冠状病毒。

进一步，研究团队通过结晶的方式解析了GC376结合新冠病毒主蛋白酶复合物的三维结构。从解析的结构中，他们发现GC376占据Mpro底物结合位点并与Mpro中周围的残基形成氢键且利用醛亚硫酸盐与催化残基 C145 共价结合。这表明 GC376 作为共价抑制剂，具有防止SARS-CoV-2 Mpro与底物结合和裂解的潜力。最后，研究团队证明了GC376不仅能抑制新冠病毒Mpro活性且能抑制奥密克戎突变株Mpro的活性并有较低的细胞毒性，说明 GC376 可作为 SARS-CoV-2 不同变体的潜在广谱药物。

GC376抑制新冠病毒Mpro的机制图 a, 新冠病毒Mpro与不同药物的热迁移实验； b，不同浓度 GC376 对新冠病毒Mpro的热迁移分析；c, 新冠病毒Mpro与GC376复合物结构； d，新冠病毒Mpro与GC376复合物结构的静电表面；e，GC376结合新冠病毒Mpro的位点；f, GC376对新冠病毒Mpro的IC50测定；g，GC376 对 Vero E6 细胞中新冠病毒的抑制作用的EC50测定；h，GC376在Vero E6细胞上的CC50测定；i，GC376对奥密克戎突变株Mpro的 IC50测定

CLS项目博士生栾晓东、清华大学医学院博士生陈彬娴以及武汉病毒研究所尚卫娟为该论文的共同第一作者。张抒扬教授，徐华强研究员与张磊砢副研究员为共同通讯作者。这项工作得到了北京自然科学基金，中国医学科学院创新工程以及金沙集团1862的支持，同时得到了清华大学蛋白质技术中心蛋白质制备与鉴定平台等平台老师和技术人员的支持和帮助。