靶向新冠状病毒(COVID-19)的药物靶点

冠状病毒（Coronavirus, CoV）是自然界广泛存在一大类病毒家族。CoV为有包膜病毒，颗粒呈圆形或椭圆形，具有多形性，直径50～200nm。颗粒表面有棒状突起，使病毒表面看起来形如花冠，故而得名。病毒颗粒内部有核衣壳，为螺旋对称。

2月12日，国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV）宣布，新型冠状病毒（2019-nCoV）的正式分类名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）。而世界卫生组织（WHO）同日宣布，由这一病毒导致的疾病的正式名称为COVID-19。

新型冠状病毒感染分子水平的MOA（mechanism of action）：SARS-CoV-2利用病毒表面的Spike糖蛋白（刺突糖蛋白，简称S蛋白）识别胞表面的血管紧张素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2），进而侵染人体的正常细胞。按照吴军教授的解读，一种可能的机制是当病毒侵入体内后，体内的免疫细胞发起奋起反抗，引发体内免疫风暴，释放自由基（如过氧化自由基）。自由基是非常活跃的化学物质，很容易和别的东西发生反应，让蛋白变性，DNA损伤等，类似于枪炮一样，这种枪炮不分敌我，好比如在肺部打一场“核战争”，正常细胞也无法幸免，肺部正常细胞无法工作，病人的肝肺功能受到损害。

新型冠状病毒易感器官分布图

病毒蛋白质根据其是否存在于毒粒中分为结构蛋白(strcture protein)和非结构蛋白(nonstructure protein)两类：前者系指构成一个形态成熟的有感染性病毒颗粒所必需的蛋白质，包括壳体蛋白、包膜蛋白和存在于毒粒中的酶等；后者系指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白质。

COVID-19潜在靶标分为非结构蛋白与结构蛋白两大类

结构蛋白(strcture protein)

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棘突蛋白（Surface Glycoprotein, Spike Protein)

COVID-19利用密集的糖基化刺突(S)蛋白进入宿主细胞。S蛋白是存在于经历实质性结构重排与宿主细胞膜。当S1亚基与宿主细胞受体结合时，触发该过程。受体结合破坏融合前三聚体的稳定性，导致S1亚基脱落并从S2亚基过渡到稳定的融合后构象。为了接合宿主细胞受体，S1的受体结合结构域（RBD）经历了铰链状构象运动，该构象运动暂时隐藏或暴露了受体结合的决定因素。由于S蛋白的必不可少的功能，它代表了抗体介导的中和靶标，并且预融合S结构的表征将提供原子水平的信息，以指导疫苗的设计和开发。

新冠病毒 S 蛋白结构

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E蛋白 (Envelope protein, E Protein)

冠状病毒包膜(E)蛋白是短的(100个残基)多肽，包含至少一个跨膜(TM)结构域和2-3个近膜半胱氨酸簇。这些蛋白质参与病毒的形态发生和嗜性，在某些情况下，它们的缺失会导致病毒粒子异常或病毒减毒。与其他viroporins一样，冠状病毒包膜蛋白可增加膜对离子的渗透性，在病毒的形态发生和组装中起关键作用。充当viroporin，并在宿主膜中自组装，形成允许离子传输的五聚体蛋白-脂质孔。在诱导细胞凋亡中也起作用。激活宿主NLRP3炎性体，导致IL-1beta过度生产。

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M 蛋白 (membrane protein)

M蛋白是一种高度保守的非糖基化膜相关蛋白,主要位于病毒囊膜内表面,构成病毒内膜与核衣壳蛋白连接的支架。同其它副黏病毒M蛋白一样,M蛋白也是一个细胞核-细胞质穿梭蛋白。在病毒感染早期,M蛋白大量聚集在细胞核和核仁中,并且在整个感染过程中持续存在于核仁中,其主要功能是抑制宿主细胞基因的转录和翻译,并保证病毒基因组在细胞质中有足够的时间进行复制和转录；而在感染后期,M蛋白则进入细胞质,在细胞膜内侧通过与细胞膜、病毒核衣壳蛋白以及糖蛋白的胞质区相互作用,协助子代病毒粒子进行装配和释放。因此,M蛋白是一种多功能病毒蛋白,在病毒的整个生活周期中发挥了重要的作用。

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N蛋白 (Nucleocapsid Phosphoprotein, N protein)

核衣壳蛋白是冠状病毒中含量最丰富的蛋白。在病毒体组装过程中，N蛋白与病毒RNA结合并导致螺旋核衣壳的形成。核衣壳蛋白是一种高度免疫原性的磷蛋白，也与病毒基因组复制和调节细胞信号通路有关。

非结构蛋白(nonstructure protein)

1

Replicase polyprotein 1ab segments

复制酶多蛋白1ab包含宿主翻译抑制剂nsp1，非结构蛋白2(nsp2)，木瓜样蛋白酶(nsp3)，非结构蛋白4(nsp4)，3C样蛋白酶(nsp5)，非结构蛋白6(nsp6)，非结构蛋白7(nsp7)，非结构蛋白8(nsp8)，非结构蛋白9(nsp9)，生长因子样肽(nsp10)，RNA定向RNA聚合酶(nsp12)，解旋酶(nsp13)，鸟嘌呤-N7甲基转移酶(nsp14)，Uridylate特异性内切核糖核酸酶(nsp15)，2'-O-甲基转移酶(nsp16)。

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3C样蛋白酶（3C-like protease）

3C-like蛋白酶(chymotrypsin-like protease, 3CLpro)是中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）等其它冠状病毒的繁殖过程中极为重要的蛋白酶。它已成为人类在抗冠状病毒领域中的研究热点。负责切割病毒基因组翻译的蛋白前体，得到多个非结构蛋白（nonstructural proteins, nsps），由这些非结构蛋白组装形成病毒的复制-转录酶复合体（replicase-transcriptase complex ，RTC）。

3

木瓜样蛋白酶（Papain-like protease)

PLpro蛋白酶参与SARS冠状病毒1a（1ab）复制酶多聚蛋白N端部分的切割加工，是SARS冠状病毒复制酶复合体（RC）形成的重要调节蛋白分子；最新研究表明，SARS冠状病毒PLpro蛋白酶是一种病毒编码的去泛素化酶（DUB），对细胞蛋白具有明显的去泛素化作用；而且对泛素（Ub）和泛素样分子ISG15均具有活性。PLpro蛋白酶对抗原抗病毒天然免疫反应具有负调节作用，是SARS冠状病毒的一种重要干扰素抑制抗分子。PLpro蛋白酶是一种多功能病毒蛋白酶。

4

NSP12(RDRP)

RNA-dependent RNA polymerase(RDRP)是RNA依赖性RNA聚合酶。

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Helicase, Nsp13(RNA解旋酶)

RNA解旋酶(RNA helicases)是一个包含了与RNA代谢（从翻译起始、核糖体形成、前mRNA拼接和mRNA降解）的许多方面有关的蛋白质家族。RNA解旋酶是一类解开氢键的酶，而不是一种酶，由水解ATP供给能量来解开RNA的酶。它们常常依赖于单链的存在，并能识别复制单链结构。解旋酶在冠状病毒中序列保守性较高，可能是进行广谱抗病毒药物筛选的理想靶点。

6

Nsp14 (Guanine-N7 methyltransferase)

(N端核糖核酸内切酶结构域，C端鸟嘌呤-N7甲基转移酶，N-terminal exoribonuclease and C-terminal guanine-N7 methyl transferase, nsp10/14)) Nsp14具有双重酶活性，与nsp10形成复合物发挥功能。其N端结构域具有核酸内切酶的活性，主要对RNA的复制和转录进行校读，防止可能的致死性突变发生。C端结构域具有鸟嘌呤-N7甲基转移酶活性，负责对mRNA加帽。

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Nsp15 (Uridylate-specific endoribonuclease)

Uridylate-specific endoribonuclease((鸟苷酸内切酶): Nsp15形成六聚体，专门剪切鸟苷酸的3’位置，是病毒编码的RNA编辑酶之一。

7

Nsp16(2'-O-methyl transferase)

2'-O-methyltransferase9(2'-O-甲基转移酶): Nsp16是S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）依赖的核苷2’氧甲基转移酶，只有在结合nsp10的情况下才具有活性。

其他冠状病毒治疗相关靶标

1

ACE2（血管紧张素转化酶2）

ACE2（Angiotensin-converting enzyme 2）是宿主细胞表面受体，病毒通过包膜上的S蛋白结合宿主细胞表面的ACE2从而开始病毒入侵细胞的第一步。新冠病毒与SARS病毒一样，也是通过识别ACE2受体蛋白进入人体细胞。因此，ACE2是新冠病毒侵入人体的关键。

ACE2-B0AT1复合物结构图

新冠病毒S蛋白与ACE2受体有着超强的亲和力，或有助于揭示新冠病毒在人与人之间的传播强度，并为促进新冠病毒的诊断、治疗和疫苗开发等提供了重要支持。同时，由于该研究尚未经过同行评审，相关研究结论还需要更多实验验证。

2

SARS / MERS蛋白的结构

参考资料

1. Wrapp D, Wang N, Corbett K S, et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation[J]. Science, 2020.
2. Yan R, Zhang Y, Li Y, et al. Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2[J]. Science, 2020.
3. https://ghddi-ailab.github.io/Targeting2019-nCoV/

文 / 编辑：王建民

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