饶子和等人绘出新冠“小尾巴”的三维结构：正是瑞德西韦靶标

当地时间3月17日，生物医学预印本平台bioRxiv发布了一项题为“Structure of RNA-dependent RNA polymerase from 2019-nCoV, a major antiviral drug target”（未经同行审议）的研究成果。中外多所高校的科研团队率先在国际上成功解析了新型冠状病毒RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）的结构。

新冠病毒固然“狡猾”，但其也有“小尾巴”，这便是RdRp。瑞德西韦“揪住”的正是RdRp，以此攻击新冠的命门。RdRp能够催化病毒RNA的合成，是冠状病毒复制/转录机制的关键组成部分，以RNA聚合酶为核心，病毒会利用其它辅助因子（如nsp7、nsp8等）进行自我复制。用冷冻电镜“绘出”RdRp的三维结构，将有助于科学家攻克抑制新冠病毒复制的难题。

值得一提的是，RdRp也是瑞德西韦等抗病毒药物的主要靶标，当药物进入人体，通过代谢后，其最终产物就直接靶

RdRp是主要的抗病毒药物靶点，也是当下被寄予很大希望的瑞德西韦等抗病毒药物的主要靶标。作者们认为，这一研究将为开发针对新冠肺炎的药物奠定重要基础。

该文章的科研团队包括：清华大学结构生物学实验室、上海科技大学高级免疫化学研究所生命学院、南开大学药物化学生物学国家重点实验室、广西大学亚热带农业生物保护利用国家重点实验室、天津大学生命科学学院、中国科学院生物大分子研究中心，以及澳大利亚昆士兰大学化学及太空分子生物学系等。

文章通讯作者为上海科技大学免疫化学研究所研究员王权，清华大学教授娄智勇，清华大学教授、上海科技大学特聘教授、中国科学院院士饶子和。

饶子和团队在SARS（严重急性呼吸综合征）疫情暴发期间，是全球首个解析SARS病毒蛋白质（主要蛋白酶）三维结构的团队。在此次新冠肺炎疫情中，饶子和院士/杨海涛教授团队和蒋华良院士团队合作，率先在国际上解析了首个新型冠状病毒蛋白质（主要蛋白酶）与抑制剂复合物的高分辨率三维结构。

新冠病毒RdRp的冷冻电镜结构

RdRp（也称为nsp12）能够催化病毒RNA的合成，是冠状病毒复制/转录机制的关键组成部分，以RNA聚合酶为核心，病毒会利用其它辅助因子（如nsp7、nsp8等）进行自我复制。

值得一提的是，RdRp也是瑞德西韦等抗病毒药物的主要靶标，当药物进入人体，通过代谢后，其最终产物就直接靶向病毒的RNA聚合酶。

在收集和处理了7994份电镜图片后，研究人员解析了新型冠状病毒全长nsp12与辅助因子nsp7和nsp8组成的复合物的冷冻电镜三维空间结构，分辨率达2.9埃。

研究人员发现，除了病毒聚合酶家族聚合酶核心的保守结构和冠状病毒RdRp中特有的NiRAN结构域外，nsp12在其N末端还有一个新发现的β-发夹结构域（β-hairpin domain）。

新冠病毒nsp12的结构包含一个“右手”（“right hand”）聚合酶结构域和一个包含有病毒RdRp相关的核苷酸转移酶（NiRAN）的Nidovirus独有的N端延伸域架构，它们通过接口域（A250-F369残基）连接。

“右手”（“right hand”）聚合酶结构域呈现出病毒聚合酶家族的保守结构，由3个亚结构域组成，包括1个手指（fingers）亚结构域、1个手掌（palm）亚结构域和1个拇指（thumb）亚结构域。

在冷冻电镜图谱下，研究人员还构建了另外1个N末端的β-发夹结构，它插入到由NiRAN结构域和RdRp结构域组成的手掌（palm）结构域钳制的凹槽中。与SARS-CoV nsp7-nsp8对相似，新冠病毒nsp7-nsp8对也显示出保守结构。

新冠病毒的N末端NiRAN结构域和β-发夹结构

研究人员指出，尽管新冠病毒nsp12-nsp7-nsp8复合物的总体结构大体上与SARS冠状病毒相似，但仍有一些关键特征是不同的。

第一，冷冻电镜图谱使研究团队能够构建涵盖几乎所有残基的2019-nCoV（2019新型冠状病毒）的nsp12结构，从而首次深入了解了冠状病毒RdRp的完整架构。SARS病毒nsp12的末端有7个带有三链β-折叠的螺旋，它们构成了NiRAN域。而在2019-nCoV中，残基Y69-R118构成具有3个反平行β链和一个螺旋的附加结构嵌段，残基N215-D218在nsp12中形成β链。

研究人员认为，该区域与链（残基V96-A100）的接触有助于使其稳定。最终，这四根链形成了紧凑的半β-桶形结构。

第二，通过冷冻电镜图谱，研究人员识别了新冠病毒中独特的N末端β-发夹结构。该结构插入由NiRAN域和RdRp域中的手掌子域夹住的凹槽中，并形成一组紧密接触以稳定整体结构。

第三，与SARS病毒不同，研究人员在2019-nCoV nsp12对应位置中未观察到被螯合的锌离子。相反，图像显示C301-C306和C487-C645在结构中形成了二硫键。研究人员推断，是不同的纯化缓冲液、冷冻电镜采样和重建方法导致了这种差异。

瑞德西韦作用于2019-nCoV nsp12

瑞德西韦（GS-5734）是一款腺嘌呤类似物的药物前体，由吉利德科学公司（Gilead Sciences）研发，尚未在全球在任何地方获得许可或批准，据报道，在临床上它可以抑制2019-nCoV增殖并具有治疗患者的潜力。

但是，目前为止瑞德西韦如何精确靶向病毒RNA聚合酶的机制仍不明了，这成为了进一步开发更有效的抗病毒药物的阻碍。

据此前《自然综述·药物发现》（Nature Reviews Drug Discovery）在线发表的COVID-19治疗方案综述文章，包括瑞德西韦在内的核苷类似物通常为腺嘌呤或鸟嘌呤的衍生物，它们能够被RdRP使用合成RNA链，在包括人类冠状病毒在内的多种RNA病毒中阻断病毒RNA的合成。

瑞德西韦的结构与已经获批的艾滋病病毒（HIV）逆转录酶抑制剂替诺福韦艾拉芬酰胺（tenofovir alafenamide）类似。瑞德西韦等链终止核苷酸类似物的功效需要通过识别病毒RdRps将抑制剂的活性形式掺入正在生长的RNA链中。

由于2019-nCoV和HCV（丙型肝炎）ns5b聚合酶之间在催化腔上的结构保守性，以及瑞德西韦和sofosbuvir（索非布韦，靶向HCV ns5b的药物，已被批准用于治疗慢性HCV感染）的可能相似的作用机理，研究团队提出了瑞德西韦在2019-nCoV nsp12中的纳入模型。

两种药物作用于2019-nCoV nsp12的纳入模型，AB代表瑞德西韦，CD为索非布韦

研究人员发现，在2019-nCoV nsp12中，瑞德西韦的多个羟基可能与基序作用，此外，基序F中的1个侧链可能会与进入的三磷酸瑞德西韦（ppp-remdesivir）进行碱基配对。

在几种人体细胞系中，瑞德西韦可以有效地代谢为活性核苷三磷酸。一项体外研究表明，核苷三磷酸与三磷酸腺苷形成联合竞争，干扰病毒的RdRp，类似扮演延迟RNA链终止子的角色，避免病毒外核糖核酸酶的校正，并导致病毒RNA产量下降。

作者们在文章最后写道，2019-nCoV在全球的迅速传播强调了开发新的冠状病毒疫苗和治疗剂的必要性。新冠病毒聚合酶nsp12看起来是新疗法的绝佳靶标，特别是考虑到瑞德西韦等抑制剂已经在研发过程中。

新冠病毒RdRP以及其他有希望的药物靶标（例如主要蛋白酶），将支持抗冠状病毒鸡尾酒疗法的开发，这些治疗手段可以进一步被用于冠状病毒广谱抗病毒药物的研发。