當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月17日，生物醫(yī)學(xué)預(yù)印本平臺(tái)bioRxiv發(fā)布了一項(xiàng)題為“Structure of RNA-dependent RNA polymerase from 2019-nCoV, a major antiviral drug target”（未經(jīng)同行審議）的研究成果。中外多所高校的科研團(tuán)隊(duì)率先在國(guó)際上成功解析了新型冠狀病毒RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）的結(jié)構(gòu)。

新冠病毒固然“狡猾”，但其也有“小尾巴”，這便是RdRp。瑞德西韋“揪住”的正是RdRp，以此攻擊新冠的命門。RdRp能夠催化病毒RNA的合成，是冠狀病毒復(fù)制/轉(zhuǎn)錄機(jī)制的關(guān)鍵組成部分，以RNA聚合酶為核心，病毒會(huì)利用其它輔助因子（如nsp7、nsp8等）進(jìn)行自我復(fù)制。用冷凍電鏡“繪出”RdRp的三維結(jié)構(gòu)，將有助于科學(xué)家攻克抑制新冠病毒復(fù)制的難題。

值得一提的是，RdRp也是瑞德西韋等抗病毒藥物的主要靶標(biāo)，當(dāng)藥物進(jìn)入人體，通過(guò)代謝后，其最終產(chǎn)物就直接靶

RdRp是主要的抗病毒藥物靶點(diǎn)，也是當(dāng)下被寄予很大希望的瑞德西韋等抗病毒藥物的主要靶標(biāo)。作者們認(rèn)為，這一研究將為開(kāi)發(fā)針對(duì)新冠肺炎的藥物奠定重要基礎(chǔ)。

該文章的科研團(tuán)隊(duì)包括：清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室、上?？萍即髮W(xué)高級(jí)免疫化學(xué)研究所生命學(xué)院、南開(kāi)大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣西大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)生物保護(hù)利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院生物大分子研究中心，以及澳大利亞昆士蘭大學(xué)化學(xué)及太空分子生物學(xué)系等。

文章通訊作者為上?？萍即髮W(xué)免疫化學(xué)研究所研究員王權(quán)，清華大學(xué)教授婁智勇，清華大學(xué)教授、上?？萍即髮W(xué)特聘教授、中國(guó)科學(xué)院院士饒子和。

饒子和團(tuán)隊(duì)在SARS（嚴(yán)重急性呼吸綜合征）疫情暴發(fā)期間，是全球首個(gè)解析SARS病毒蛋白質(zhì)（主要蛋白酶）三維結(jié)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)。在此次新冠肺炎疫情中，饒子和院士/楊海濤教授團(tuán)隊(duì)和蔣華良院士團(tuán)隊(duì)合作，率先在國(guó)際上解析了首個(gè)新型冠狀病毒蛋白質(zhì)（主要蛋白酶）與抑制劑復(fù)合物的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。

新冠病毒RdRp的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

RdRp（也稱為nsp12）能夠催化病毒RNA的合成，是冠狀病毒復(fù)制/轉(zhuǎn)錄機(jī)制的關(guān)鍵組成部分，以RNA聚合酶為核心，病毒會(huì)利用其它輔助因子（如nsp7、nsp8等）進(jìn)行自我復(fù)制。

值得一提的是，RdRp也是瑞德西韋等抗病毒藥物的主要靶標(biāo)，當(dāng)藥物進(jìn)入人體，通過(guò)代謝后，其最終產(chǎn)物就直接靶向病毒的RNA聚合酶。

在收集和處理了7994份電鏡圖片后，研究人員解析了新型冠狀病毒全長(zhǎng)nsp12與輔助因子nsp7和nsp8組成的復(fù)合物的冷凍電鏡三維空間結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)2.9埃。

研究人員發(fā)現(xiàn)，除了病毒聚合酶家族聚合酶核心的保守結(jié)構(gòu)和冠狀病毒RdRp中特有的NiRAN結(jié)構(gòu)域外，nsp12在其N末端還有一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)域（β-hairpin domain）。

新冠病毒nsp12的結(jié)構(gòu)包含一個(gè)“右手”（“right hand”）聚合酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)包含有病毒RdRp相關(guān)的核苷酸轉(zhuǎn)移酶（NiRAN）的Nidovirus獨(dú)有的N端延伸域架構(gòu)，它們通過(guò)接口域（A250-F369殘基）連接。

“右手”（“right hand”）聚合酶結(jié)構(gòu)域呈現(xiàn)出病毒聚合酶家族的保守結(jié)構(gòu)，由3個(gè)亞結(jié)構(gòu)域組成，包括1個(gè)手指（fingers）亞結(jié)構(gòu)域、1個(gè)手掌（palm）亞結(jié)構(gòu)域和1個(gè)拇指（thumb）亞結(jié)構(gòu)域。

在冷凍電鏡圖譜下，研究人員還構(gòu)建了另外1個(gè)N末端的β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)，它插入到由NiRAN結(jié)構(gòu)域和RdRp結(jié)構(gòu)域組成的手掌（palm）結(jié)構(gòu)域鉗制的凹槽中。與SARS-CoV nsp7-nsp8對(duì)相似，新冠病毒nsp7-nsp8對(duì)也顯示出保守結(jié)構(gòu)。

新冠病毒的N末端NiRAN結(jié)構(gòu)域和β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)

研究人員指出，盡管新冠病毒nsp12-nsp7-nsp8復(fù)合物的總體結(jié)構(gòu)大體上與SARS冠狀病毒相似，但仍有一些關(guān)鍵特征是不同的。

第一，冷凍電鏡圖譜使研究團(tuán)隊(duì)能夠構(gòu)建涵蓋幾乎所有殘基的2019-nCoV（2019新型冠狀病毒）的nsp12結(jié)構(gòu)，從而首次深入了解了冠狀病毒RdRp的完整架構(gòu)。SARS病毒nsp12的末端有7個(gè)帶有三鏈β-折疊的螺旋，它們構(gòu)成了NiRAN域。而在2019-nCoV中，殘基Y69-R118構(gòu)成具有3個(gè)反平行β鏈和一個(gè)螺旋的附加結(jié)構(gòu)嵌段，殘基N215-D218在nsp12中形成β鏈。

研究人員認(rèn)為，該區(qū)域與鏈（殘基V96-A100）的接觸有助于使其穩(wěn)定。最終，這四根鏈形成了緊湊的半β-桶形結(jié)構(gòu)。

第二，通過(guò)冷凍電鏡圖譜，研究人員識(shí)別了新冠病毒中獨(dú)特的N末端β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)插入由NiRAN域和RdRp域中的手掌子域夾住的凹槽中，并形成一組緊密接觸以穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)。

第三，與SARS病毒不同，研究人員在2019-nCoV nsp12對(duì)應(yīng)位置中未觀察到被螯合的鋅離子。相反，圖像顯示C301-C306和C487-C645在結(jié)構(gòu)中形成了二硫鍵。研究人員推斷，是不同的純化緩沖液、冷凍電鏡采樣和重建方法導(dǎo)致了這種差異。

瑞德西韋作用于2019-nCoV nsp12

瑞德西韋（GS-5734）是一款腺嘌呤類似物的藥物前體，由吉利德科學(xué)公司（Gilead Sciences）研發(fā)，尚未在全球在任何地方獲得許可或批準(zhǔn)，據(jù)報(bào)道，在臨床上它可以抑制2019-nCoV增殖并具有治療患者的潛力。

但是，目前為止瑞德西韋如何精確靶向病毒RNA聚合酶的機(jī)制仍不明了，這成為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更有效的抗病毒藥物的阻礙。

據(jù)此前《自然綜述·藥物發(fā)現(xiàn)》（Nature Reviews Drug Discovery）在線發(fā)表的COVID-19治療方案綜述文章，包括瑞德西韋在內(nèi)的核苷類似物通常為腺嘌呤或鳥嘌呤的衍生物，它們能夠被RdRP使用合成RNA鏈，在包括人類冠狀病毒在內(nèi)的多種RNA病毒中阻斷病毒RNA的合成。

瑞德西韋的結(jié)構(gòu)與已經(jīng)獲批的艾滋病病毒（HIV）逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑替諾福韋艾拉芬酰胺（tenofovir alafenamide）類似。瑞德西韋等鏈終止核苷酸類似物的功效需要通過(guò)識(shí)別病毒RdRps將抑制劑的活性形式摻入正在生長(zhǎng)的RNA鏈中。

由于2019-nCoV和HCV（丙型肝炎）ns5b聚合酶之間在催化腔上的結(jié)構(gòu)保守性，以及瑞德西韋和sofosbuvir（索非布韋，靶向HCV ns5b的藥物，已被批準(zhǔn)用于治療慢性HCV感染）的可能相似的作用機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)提出了瑞德西韋在2019-nCoV nsp12中的納入模型。

兩種藥物作用于2019-nCoV nsp12的納入模型，AB代表瑞德西韋，CD為索非布韋

研究人員發(fā)現(xiàn)，在2019-nCoV nsp12中，瑞德西韋的多個(gè)羥基可能與基序作用，此外，基序F中的1個(gè)側(cè)鏈可能會(huì)與進(jìn)入的三磷酸瑞德西韋（ppp-remdesivir）進(jìn)行堿基配對(duì)。

在幾種人體細(xì)胞系中，瑞德西韋可以有效地代謝為活性核苷三磷酸。一項(xiàng)體外研究表明，核苷三磷酸與三磷酸腺苷形成聯(lián)合競(jìng)爭(zhēng)，干擾病毒的RdRp，類似扮演延遲RNA鏈終止子的角色，避免病毒外核糖核酸酶的校正，并導(dǎo)致病毒RNA產(chǎn)量下降。

作者們?cè)谖恼伦詈髮懙溃?019-nCoV在全球的迅速傳播強(qiáng)調(diào)了開(kāi)發(fā)新的冠狀病毒疫苗和治療劑的必要性。新冠病毒聚合酶nsp12看起來(lái)是新療法的絕佳靶標(biāo)，特別是考慮到瑞德西韋等抑制劑已經(jīng)在研發(fā)過(guò)程中。

新冠病毒RdRP以及其他有希望的藥物靶標(biāo)（例如主要蛋白酶），將支持抗冠狀病毒雞尾酒療法的開(kāi)發(fā)，這些治療手段可以進(jìn)一步被用于冠狀病毒廣譜抗病毒藥物的研發(fā)。