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(structure 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(structure protein)

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棘突蛋白（The spike protein，S protein) 

 病毒膜表面的S蛋白以三聚体的形式存在，每个单体由S1、S2两个大结构域组成。其中受体结合域（receptor binding domain, RBD）位于S1结构域的头部，与宿主细胞表面的血管紧张素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2, ACE2）结合，引发病毒包膜与宿主细胞膜融合过程的开始。RBD结构域，S1-S2单体，S1-S2三聚体分别可用于小肽或抗体对接。

新冠病毒 S 蛋白结构

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 棘突蛋白的S2结构域

 S蛋白的S2结构域，形成融合后HR1-HR2六螺旋构象，介导病毒包膜与宿主细胞膜的融合。该过程与HIV-1病毒膜融合过程类似，HIV-1已有针对膜融合六螺旋构象的小肽类药物上市，膜融合抑制剂恩夫韦地（enfuvirtide），因此S2结构域是一个潜在的药物开发靶点。

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E蛋白 (envelop small membrane protein)

 E蛋白形成五聚体并具有离子通道功能，也称为E离子通道。针对E离子通道结构准备了小分子对接文件，同时E蛋白单体与离子通道也均可用于小肽或抗体对接。

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 M 蛋白 (membrane protein)

 M蛋白在病毒的组装中发挥重要作用，同时体液免疫中被定义为保护性抗原。

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 N蛋白 (Nucleocapsid protein)

N 蛋白与RNA形成核蛋白复合体，在病毒复制中扮演重要角色。N蛋白的N端结构域结合病毒RNA，将病毒基因组包埋到含有病毒结构蛋白的内质网-高尔基体中间体的膜上，并最终形成成熟的病毒体。针对N蛋白的核酸结合位点（ribonucleotide-binding site,  NCB site)）我们准备了小分子对接文件，用户也可选择N蛋白进行小肽或抗体对接。

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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。ACE2的结构可用于小肽或抗体对接。

ACE2-B0AT1 复合物的冷冻电镜密度图

非结构蛋白(nonstructure protein)

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 主蛋白酶（Main protease, Mpro）

又称糜蛋白酶(chymotrypsin-like protease, 3CLpro)，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）。Mpro是药物开发的热点靶标，针对其底物结合口袋，准备了小分子对接的文件，用户可上传感兴趣的分子进行对接，获得计算结合自由能与结合模式。

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木瓜蛋白酶类水解酶（Papain-like protease)

在SARS-nCoV中，PLpro负责切割nsp1/2, nsp2/3 and nsp3/4 位点。与Mpro一起切割病毒基因组翻译的蛋白前体，得到非结构蛋白，组装RTC。针对其底物结合口袋，准备了小分子对接的文件，用户可上传感兴趣的分子进行对接。

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RNA解旋酶(Helicase, Nsp13)

 解旋酶在NTP存在的情况下催化核酸超螺旋结构解旋为单链结构。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。我们针对解旋酶的ADP结合位点（ADP site）和核酸链结合位点（NCB site）分别准备了小分子对接文件，用户可上传感兴趣的分子进行对接。

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RNA依赖的RNA聚合酶

(RNA-dependent RNA polymerase, RdRp, Nsp7/8/12): Nsp12与nsp7 、8结合形成复合体，其中nsp12具有RNA聚合酶的功能，在病毒基因组的复制与转录中具有重要作用。我们准备了两个结构：RdRp with RNA的结构包括nsp12与RNA，其中RNA 结构来自其同源蛋白（PDB代码：3H5Y）；RdRp without RNA的结构只有nsp12，不包含RNA。用户可根据需要选择相应的结构，并上传感兴趣的分子进行对接。 

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Nsp14 

(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。针对两个酶活性位点分别准备了小分子对接文件，Nsp14(ExoN)和Nsp14(N7-MTase) ，用户可上传感兴趣的分子进行对接。

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Nsp15 

(鸟苷酸内切酶，Uridylate-specific endoribonuclease): 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。针对其酶活位点准备了小分子对接文件，用户可上传感兴趣的分子进行对接。

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Nsp16

 (2'-O-甲基转移酶，2'-O-methyltransferase):  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。针对其SAM结合位点准备了小分子对接文件，用户可上传感兴趣的分子进行对接。

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 Nsp10

重要辅助蛋白，可与nsp14、16形成复合物。

参考资料

1. https://mp.weixin.qq.com/s/RBmqCVUHkeUu6Sm0_AIhBg

2. https://mp.weixin.qq.com/s/kz4BR3taJkPzBi4TH1DzuA