复旦学者Cell发文：发现防治冠状病毒新靶点并设计了双功能抗病毒候选药物|复旦大学_新浪财经

复旦学者在《细胞》（Cell）刊发最新研究成果，陆路、孙蕾、姜世勃团队发现防治冠状病毒的新靶点，并设计出高效双功能抗病毒药物。

2025年1月30日，复旦大学上海医学院陆路研究员、孙蕾研究员、姜世勃教授团队合作在《细胞》杂志以Research Article的形式在线发表了题为“Early fusion intermediate of ACE2-using coronavirus spike acting as antiviral target”的研究论文。该研究发现了ACE2受体诱导的冠状病毒刺突蛋白早期融合中间态构象（E-FIC），并针对该中间态构象设计了高效、广谱、兼具失活病毒和抑制病毒感染的双功能抗冠状病毒候选药物。

1月30日，Cell《细胞》刊发的复旦学者陆路/孙蕾/姜世勃团队研究成果。本文图片均为复旦上医供图

解密ACE2受体诱导的冠状病毒刺突蛋白早期融合中间态构象

在包膜病毒入侵宿主细胞的过程中，一些病毒能够借助其表面蛋白介导其包膜与宿主细胞膜融合，进而将遗传物质注入细胞开启感染进程。膜融合是病毒建立感染的关键环节之一。

近年来，众多研究团队成功揭示了SARS-CoV、MERS-CoV、SARS-CoV-2以及其他一些冠状病毒S蛋白的RBD与受体结合的复合物构象，以及S蛋白三聚体与受体结合的融合前构象。姜世勃、陆路等研究团队也发现了MERS-CoV（Nature Communications 2014）、SARS-CoV-2（Cell Research 2020）等S蛋白HR1/HR2形成六螺旋的融合后构象。

但目前仍有一个关键问题尚未明确——刺突蛋白从融合前状态转变为融合后状态时，究竟经历了怎样的构象变化。虽然已有研究者发现新冠病毒S2亚基中间态构象，但是对于早期的融合中间态，特别是介于受体结合和S1亚基脱落之间的S蛋白构象是否存在，及其变构细节等还一直处于认知盲区。

此次，上述团队首先利用流式细胞术，发现跨膜表达的S蛋白在受到ACE2蛋白胞外域的刺激后，能够结合HR1抗体或其配体多肽EK1，而此时S1亚基还没有脱落，提示可能存在一种不同于传统观点的早期融合中间态构象。为了捕获并直观地呈现S蛋白的这种中间态构象，研究团队对S蛋白与ACE2胞外域共孵育产物进行冷冻电镜颗粒筛选。通过长时间的摸索，研究者成功发现并解析了一种高分辨率（3.45 Å）的早期融合中间态构象（E-FIC）。

在E-FIC中，S2亚基发生了构象转变，其中HR1三螺旋结构弹出，而S1亚基组成环状结构结合在S2亚基的底部。通过进一步的结构优化和分析，研究者发现在E-FIC S2亚基的HR1上结合着一段氨基酸序列，将其命名为中间态环——IL770。值得注意的是，S2’位点就位于IL770中，且突出于结合表面形成隆起，这种结构特征有利于蛋白酶的切割。

此外，通过上述构象可以推测蛋白酶对S2’位点的切割可能触发IL770从HR1表面剥脱，从而释放空间以利于HR2结合。通过对融合前和E-FIC结构的对比分析，研究者进而发现S蛋白结合ACE2受体后，S1亚基和S2亚基底部均会向细胞膜方向旋转以实现病毒膜和细胞膜初步拉近，这将有助于缩短融膜肽插入细胞膜所需的距离。

SARS-CoV-2 S蛋白在诱导膜融合过程中经历的构象变化。

设计高效双功能抗病毒候选药物

通过对E-FIC结构的分析，研究者还发现S1亚基中的RBD与S2亚基中的HR1之间的空间距离被拉近，这一发现也为靶向该中间体的药物设计提供了新思路。

E-FIC中RBD与HR1之间的空间距离拉近。

基于此构象，研究者选用了经临床试验证明具有较好活性和安全性的RBD结合药物候选（ACE2蛋白）和HR1的结合药物候选（EK1多肽），设计出双功能域串联药物候选。

由于E-FIC结构中HR1表面被IL770所结合，研究者通过竞争性结合实验发现，EK1多肽能够凭借强大的相互作用从IL770中夺取HR1进行结合。随后，为了验证双功能域之间最佳连接子长度，研究者通过表达含有2、5、6、7组连接子的蛋白进行活性筛选，发现由 5组连接子串联的蛋白（AL5E）具有最佳靶点结合活性和广谱性。

后续研究结果表明，上述设计的蛋白类抗病毒活性分子具有失活病毒和抑制病毒双功能。

一是从失活病毒功能方面看，AL5E蛋白上的ACE2功能域诱导游离病毒表面的S蛋白形成融合中间态，该中间态暴露出靠近ACE2的HR1区，随后AL5E蛋白中的EK1功能域与HR1三聚体结合，造成病毒S蛋白锁定在融合中间态，使该病毒粒子丧失感染活性。

二是从抑制病毒功能方面看，AL5E蛋白上的ACE2功能域和EK1功能域也可分别作为抑制剂，抑制病毒对靶细胞的感染。AL5E对新冠病毒及其变异株的抑制活性比ACE2蛋白提高26至623倍，对游离病毒的失活活性提高21至754倍。此外，AL5E对其他使用ACE2受体的冠状病毒均具有很好的抗病毒效果。

同时，为了进一步探究所设计的双功能分子在体内的活性。研究团队借助新冠病毒变异株BA.5.2和人冠状病毒NL63感染小鼠的模型，分别对AL5E蛋白在病毒感染治疗和病毒失活方面的效果展开了评估。结果显示，AL5E能够显著降低小鼠肺脏中病毒载量。