垂直醫(yī)藥領(lǐng)域“創(chuàng)意-發(fā)明-轉(zhuǎn)化”的一站式服務(wù)平臺(tái)
原標(biāo)題：廣譜抑制冠狀病毒結(jié)合宿主ACE2受體的RBD蛋白抑制劑的研發(fā)
自從1965年第一種冠狀病毒(CoV)-HCoV-229E被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，冠狀病毒已經(jīng)導(dǎo)致了人類(lèi)致命性肺炎的大爆發(fā)。截止2020年2月，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了七種冠狀病毒（表1）。這七種冠狀病毒都是單鏈正義RNA病毒，屬于冠狀病毒科Nidovirales亞目，分為四個(gè)屬(α、β、γ和δ)，2019-nCoV新型冠狀病毒屬于β屬。
表1: 七種冠狀病毒的基本信息
冠狀病毒S蛋白是進(jìn)入人體細(xì)胞的關(guān)鍵"鑰匙"冠狀病毒至少含有四種結(jié)構(gòu)蛋白：刺突蛋白S蛋白(spike）、E蛋白(Envelope）、M蛋白(membrane)和N蛋白(nucleocapsid)。冠狀病毒感染人體需要與人體組織表達(dá)的受體相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)，S蛋白在病毒感染時(shí)促進(jìn)宿主附著及病毒與細(xì)胞膜的融合，S蛋白決定宿主范圍。在宿主細(xì)胞感染病毒之后，宿主的蛋白酶對(duì)S蛋白進(jìn)行蛋白水解，受體結(jié)合和蛋白水解協(xié)同作用，誘導(dǎo)大規(guī)模的S構(gòu)象變化，促進(jìn)CoVs感染進(jìn)入。其中一個(gè)裂解位點(diǎn)位于S1和S2亞單位之間（S1/S2裂解位點(diǎn)），而另一個(gè)則位于融合肽的上游（S2裂解位點(diǎn)）。S1第一次酶切以及與宿主受體的結(jié)合促進(jìn)了病毒S蛋白的S2位點(diǎn)的進(jìn)一步酶切。S2位點(diǎn)的蛋白水解對(duì)于所有CoVs的S蛋白被宿主的蛋白酶酶解后產(chǎn)生兩個(gè)功能亞單位，即S1和S2。S1亞單位包括受體結(jié)合區(qū)，S2錨定在病毒膜上促進(jìn)病毒細(xì)胞融合。
ACE2受體蛋白是2019-nCoV病毒的進(jìn)入人體細(xì)胞的"第一道門(mén)鎖"冠狀病毒入侵宿主的第一步為冠狀病毒的S蛋白與宿主細(xì)胞表面的受體蛋白相互作用。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2蛋白（ACE2）是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAS）的關(guān)鍵分子，也是包括肺泡上皮細(xì)胞在內(nèi)的多種人體細(xì)胞表面表達(dá)的重要分子之一。SARS-CoV，HCoV-NL63和2019-nCoV 三種冠狀病毒的受體已證實(shí)為人ACE2蛋白。
· 此次疫情爆發(fā)伊始，復(fù)旦大學(xué)和中科院武漢病毒所研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：2019-nCoV病毒S蛋白可以在體外高親和力結(jié)合ACE2受體蛋白。
· 同濟(jì)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)：在人體I型肺泡、II型肺泡、支氣管上皮和血管內(nèi)皮等多種細(xì)胞均有表達(dá)ACE2受體的表達(dá)，主要集中在肺內(nèi)一小群II型肺泡上皮細(xì)胞(AT2)上，這群對(duì)病毒易感的AT2細(xì)胞占所有AT2細(xì)胞數(shù)量的1%左右。這些AT2細(xì)胞不僅表達(dá)病毒受體，還高表達(dá)其它二十多個(gè)與病毒復(fù)制和傳播密切相關(guān)的基因，說(shuō)明其正是2019-nCoV病毒感染的靶細(xì)胞。
· 西湖大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在預(yù)印版平臺(tái)bioRxiv在線(xiàn)發(fā)表了利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析了此次新冠病毒的受體——ACE2的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。這是世界上首次解析出ACE2的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。
· 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究團(tuán)隊(duì)解析了高分辨率的RBD-ACE2晶體結(jié)構(gòu)(圖2)，并發(fā)布在國(guó)家微生物科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)站上，該結(jié)構(gòu)在原子水平揭示了新冠病毒入侵人體細(xì)胞的第一步。
圖2: 高分辨率RBD-ACE2晶體結(jié)構(gòu)
目前，還沒(méi)有一款用于治療冠狀病毒感染的特效藥上市。SARS-CoV，HCoV-NL63和2019-nCoV三種冠狀病毒的S蛋白（S1亞基RBD功能域）與ACE2受體蛋白的互相作用界面的氨基酸位點(diǎn)有重合區(qū)域，只要抑制ACE2受體上的相關(guān)氨基酸位點(diǎn)就可能阻止現(xiàn)有3種冠狀病毒對(duì)宿主細(xì)胞的入侵。因此，研發(fā)一種可以廣譜抑制3種病毒S蛋白（S1亞基RBD功能域）結(jié)合ACE2受體的藥物抑制劑具有重大的科研和現(xiàn)實(shí)意義。
在國(guó)內(nèi)，紐倫智能科技有限公司以中國(guó)科學(xué)院微生物研究所研究團(tuán)隊(duì)解析的高分辨率RBD-ACE2晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用自主研發(fā)的Ab atom蛋白藥物輔助設(shè)計(jì)云計(jì)算平臺(tái)對(duì)RBD功能域蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，改造后的RBD功能域蛋白預(yù)計(jì)可以更高的親和力結(jié)合ACE2受體蛋白（表3）。高親和力RBD功能域蛋白可以競(jìng)爭(zhēng)性抑制2019-nCoV病毒RBD功能域蛋白與ACE2受體蛋白的結(jié)合，從而阻止2019-nCoV病毒對(duì)人體細(xì)胞的感染。（研究及合作可以后臺(tái)可以私信我哦~）
表3：2019-nCoV RBDwt 蛋白以及5個(gè)改造RBD蛋白（m1-m5)與人ACE2的計(jì)算結(jié)合能力
擴(kuò)展閱讀：Ab atom蛋白藥物輔助設(shè)計(jì)云計(jì)算平臺(tái)紐倫智能Ab atom蛋白藥物輔助設(shè)計(jì)云計(jì)算平臺(tái)是結(jié)合生物信息學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)的抗體數(shù)字解決方案。利用該平臺(tái)從蛋白的結(jié)構(gòu)信息出發(fā)，通過(guò)Ab atom平臺(tái)的四大創(chuàng)新算法模塊（蛋白模型搭建、蛋白分子動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、蛋白-配體對(duì)接、親和力評(píng)分），可以獲得的蛋白-配體的結(jié)合位點(diǎn)信息、以及親和力和穩(wěn)定性得到優(yōu)化的候選蛋白。目前，Ab atom平臺(tái)已經(jīng)優(yōu)化3個(gè)抗體蛋白藥物，并通過(guò)真實(shí)驗(yàn)得到確認(rèn)。Ab atom蛋白藥物輔助設(shè)計(jì)云計(jì)算平臺(tái)可以輔助快速抗體/蛋白藥物的研發(fā)。
我是Dr.發(fā)明家
