【前沿&进展】Cell Discov | 夏帅/姜世勃/陆路及合作团队推出针对MERSr-CoV的创新型“双靶一体”抗病毒策略

过去二十年中，高致病性呼吸道冠状病毒不断出现，对全球健康构成严重威胁，例如严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）和新型冠状病毒（SARS-CoV-2）。MERS-CoV自2012年被首次发现以来，其感染者病死率高达36%，远高于其它冠状病毒的致死率。值得注意的是，近年来不断有新的MERS相关冠状病毒（MERSr-CoVs）被发现，并且它们的刺突蛋白（S）上存在着显著变化。部分病毒甚至不再使用经典的DPP4受体，转而利用ACE2受体入侵细胞，如蝙蝠源的NeoCoV、PDF-2180、MOW15-22和PnNL2018B等（Xiong Q. et al., Nature 2023；Ma C.B. et al., Cell 2025）。这类病毒可识别多种哺乳动物的ACE2受体，从而增加了跨物种传播感染到人类的风险，因此亟需开发可应对这类病毒感染的广谱抗病毒药物（Jiang S. and Wu F. Cell. 2025）。

近日，上海市重大传染病毒和生物安全研究院、复旦大学基础医学院医学分子病毒学教育部/国家卫健委/中国医科院重点实验室的夏帅/姜世勃/陆路及其合作团队在Nature子刊Cell Discovery（IF=12.5, 中科院1区）上发表题为“Dual-Targeting Strategy Enables Extremely Potent and Broad Inhibition of Emerging MERS-Related Coronaviruses”的研究论文，该研究发现“双靶一体”化的新型抗病毒抑制剂（GREK1）高效抑制多种MERS-CoVs感染，并且其半数抑制浓度均在皮摩尔水平。

该研究团队发现，尽管在这些MERSr-CoVs受体结合域（RBD）中存在较大变异，但其S蛋白S2亚基中的HR1区域高度保守，与MERS-CoV-HR1的序列同源性均超过80%。同时，HR1也是参与介导病毒膜融合和入侵过程的关键功能域，因而其也是一个重要的抗病毒靶点。实验结果表明，研究团队先前自主研发的广谱冠状病毒融合抑制剂EK1（Xia S. et al., Cell Res. 2020/2022）能高效结合多种MERSr-CoVs的HR1衍生肽（HR1Ps）。非变性凝胶电泳（Native-page）和圆二色谱（CD）实验结果显示，EK1与MjHKU4r-HR1P混合后形成了具有高度α螺旋的稳定复合物，其熔解温度（Tm）高达88.9℃。进一步的功能实验证实，在纳摩尔浓度水平下，EK1显著抑制多种MERSr-CoVs S蛋白介导的膜融合过程（图2）。

图2. EK1多肽通过靶向于HR1而显著抑制MERSr-CoVs S蛋白介导的膜融合过程

研究人员与合作者通过解析MjHKU4r-HR1/EK1复合物的晶体结构，揭示了EK1的作用机制：它通过竞争性取代病毒自身的HR2区域，与HR1形成稳定的异源六螺旋束（6-HB），从而有效阻断病毒正常的膜融合过程。其中，EK1的Lys18 位点可分别与Glu21、Tyr14间形成盐桥从而进一步增强其螺旋结构的稳定性和溶解性。此外，EK1与其他MERSr-CoVs 的HR1也存在类似的作用机制（图3）。

图3. MERSr-CoV HR1/EK1复合物的晶体结构

另一方面，冠状病毒的S蛋白S1亚基含有大量的糖基化修饰，这些糖基化修饰在病毒生命周期中发挥着着关键作用，包括免疫逃避和受体结合等。越来越多的证据表明，这些修饰的糖链是潜在抗病毒靶点，并可被糖结合蛋白靶向。该研究团队先前发现了GRFT（griffithsin，一种从红藻中分离出来的凝集素）能够特异性地与S蛋白上的这些糖基相结合，从而阻断病毒入侵过程。基于这一原理，研究团队前期成功地设计了一种“双靶一体”化融合抑制剂——GREK1，该抑制剂巧妙地融合了GRFT（靶向病毒表面糖基化位点）和EK1（靶向保守HR1区域）的靶点优势（图4）。

图4. “双靶一体”融合抑制剂GREK1的结构示意图

更重要的是， “双靶一体”GREK1的抗病毒活性实现了极大提升：其对MERSr-CoV的膜融合抑制IC50为0.04-0.27 nM，比单独使用GRFT强12-24倍，比单独使用EK1强141-1415倍以上（图5）。在假病毒和具有复制能力的重组病毒实验中，GREK1的抗病毒活性表现尤为突出，在皮摩尔（picomolar）水平就能完全抑制病毒感染，其IC50可低至10-110 pM, 该抗病毒活性远高于目前已报道的其它抗MERSr-CoV抑制剂（图5）。

图5. GREK1抗MERSr-CoV感染活性

在SARS-CoV-2大流行期间，已有众多抗病毒药物获批并应用于临床，然而这些临床药物对MERSr-CoVs的抑制效果仍需要进一步研究。特别是靶向冠状病毒RBD的中和抗体类药物，易受耐药突变影响而缺乏广谱性。而GREK1作为一种“双靶一体”化抗病毒抑制剂，同时靶向两个高度保守的区域：病毒HR1和表面糖基，其抗病毒效果不易因病毒变异而逃逸，且抗病毒活性显著提升。因此，该研究系统地展示了该“双靶一体”化抗病毒药物研发策略的巨大优势，该类抑制剂也有望被开发为应对当前及未来新发冠状病毒疫情的通用型药物。

上海市重大传染病和生物安全研究院、复旦大学基础医学院医学分子病毒学教育部/国家卫健委/中国医科院重点实验室的夏帅青年研究员、姜世勃教授、陆路研究员、中国科学院生物物理所朱赟研究员为本文共同通讯作者；复旦大学焦凡珂博士后、靳素雅硕士研究生为本文共同第一作者。