发现强效共价抑制剂H102：通过独特扭曲SARS-CoV-2主蛋白酶催化双元体实现高效抗病毒

　　这篇研究报道了新型共价抑制剂H102通过独特机制扭曲SARS-CoV-2主蛋白酶（Mpro）催化双元体（Cys145-His41），实现8.8 nM超强抑制活性（IC50）和显著抗病毒效果。1.5 ?高分辨率晶体结构揭示其苯环与His41的π-π相互作用导致催化残基空间重排，为开发新型COVID-19治疗策略提供全新靶点。

　　

ABSTRACT

研究团队通过结构修饰开发出纳米级强效小分子共价抑制剂H102，其抑制SARS-CoV-2主蛋白酶（M^pro）的IC₅₀达8.8 nM，较先导化合物H96提升约1000倍。该化合物在VeroE6细胞中表现出168.9 nM的EC₅₀值，10 μM浓度下可降低病毒载量3.55 log₁₀，且无细胞毒性。

IMPORTANCE

H102的特殊价值在于其独特的结构机制：1.5 ?分辨率晶体结构显示，其P2位苄基与M^pro催化残基His41形成π-π相互作用，导致His41侧链构象从较少见的gauche^-转变为trans构型，使催化双元体Cys145-His41间距从3.6 ?增至8.5 ?。这种对催化双元体的显著扭曲在已报道共价抑制剂中极为罕见，为研究病毒酶抑制机制提供了新型生化探针。

INTRODUCTION

蛋白酶作为治疗靶点在冠状病毒研究中具有重要意义。SARS-CoV-2的M^pro（又称3CL蛋白酶）是病毒复制的关键酶，其催化双元体Cys145-His41负责切割病毒多蛋白。研究团队以先前报道的化合物17为起点，通过Cap、P1-P3位点和弹头（warhead）的系统修饰，最终开发出醛类抑制剂H102。

RESULTS

开发过程：

通过结构优化获得H102的关键步骤包括：

1. 1.

   P3位引入叔亮氨酸（Tle）使活性提升至6.3 μM

2. 2.

   P2位苯丙氨酸（Phe）替换使IC₅₀跃升至476 nM

3. 3.

   弹头从酮酰胺改为醛基后，最终活性达8.8 nM

酶动力学特征：

• 非共价亲和力K_I=6.84 nM

• 共价修饰速率k_inact=0.0014 S^-1

• 跳稀释实验显示H102形成不可逆复合物

结构机制：

晶体结构揭示H102的P2苄基插入催化双元体之间，引发三大效应：

1. 1.

   His41侧链扭转155.1°

2. 2.

   催化残基距离增加136%

3. 3.

   形成稳定的π-阳离子相互作用网络

DISCUSSION

与临床药物Nirmatrelvir（PF-07321332）和GC376相比，H102展现出独特优势：

1. 1.

   抑制活性提高2-3倍

2. 2.

   机制上兼具共价修饰（Cys145）和构象调控（His41）双重作用

3. 3.

   与非共价抑制剂S-217622存在相似的催化双元体扭曲效应

该研究为开发"双机制"抗病毒药物提供了新思路，其结构特征可能克服现有抑制剂易产生耐药性的缺点。未来研究可进一步探索这种独特抑制机制在应对冠状病毒变异株方面的潜力。

MATERIALS AND METHODS

关键技术包括：

1. 1.

   采用大肠杆菌表达系统制备M^pro

2. 2.

   FRET法测定酶活性（底物Dabcyl-KTSAVLQSGFRKME-Edans）

3. 3.

   上海光源BL17U线站收集1.5 ?衍射数据

4. 4.

   分子置换法解析晶体结构（PDB:7C6S为初始模型）

该研究通过多学科技术手段，首次揭示了通过扭曲催化双元体构象实现高效抑制的新范式，为抗冠状病毒药物研发开辟了创新路径。