基于K36类似物的SARS-CoV-2主蛋白酶(Mpro)抑制剂设计：计算模拟揭示KL7的高效抗病毒潜力

本研究针对SARS-CoV-2主蛋白酶(Mpro)这一关键抗病毒靶点，通过分子对接和500纳秒分子动力学(MD)模拟，系统评估了10种K36衍生物(KL1-KL10)的结合特性。结果显示KL7表现出最优结合性能（对接得分-13.54，MM-PBSA结合能-34.57 kJ/mol），其稳定结合模式（RMSD 0.61 nm）和关键残基相互作用为开发新型COVID-19治疗药物提供了重要线索。

　　

研究背景
全球COVID-19疫情已造成7.75亿感染病例和700万死亡病例，尽管疫苗接种显著降低了重症率，但病毒持续变异和长效免疫的挑战凸显了抗病毒药物开发的紧迫性。SARS-CoV-2主蛋白酶(Mpro)因其在病毒复制中的核心作用——负责切割病毒多聚蛋白pp1a/pp1b产生功能性非结构蛋白(NSPs)，以及其在冠状病毒中的高度保守性，成为理想的药物靶点。现有Mpro抑制剂如Paxlovid存在口服生物利用度低和药物相互作用等问题，而先导化合物K36虽能通过醛基与催化残基Cys145形成共价结合，但其药代动力学特性亟待优化。

研究方法
卡夫勒谢赫大学纳米科学与纳米技术研究所的研究团队采用多尺度计算策略：1) 基于SwissParam数据库设计10种K36类似物(KL1-KL10)；2) 使用MOE 2009进行分子对接，评估与Mpro(PDB:6WTJ)的结合模式；3) 通过GROMACS 2021.3进行500 ns分子动力学(MD)模拟，分析复合物稳定性(RMSD/RMSF/Rg)；4) 采用MM-PBSA方法计算结合自由能，并通过三次重复模拟验证结果可重复性。

研究结果
Docking studies
所有类似物均结合于Mpro活性口袋（含Cys145-His41催化二元体），其中KL7表现出最优对接得分(-13.54 kcal/mol)，显著优于K36(-11.87 kcal/mol)和已上市药物Nirmatrelvir(-8.7 kcal/mol)。

Stability and dynamic conformations
MD模拟显示KL7复合物具有最低RMSD(0.61 nm)，其溴代芳环显著降低分子波动。氢键分析表明KL6形成最多氢键（平均4个），而KL7通过持续占据Met165(91%)和Pro168(87%)维持稳定疏水相互作用。

MM-PBSA binding energy
KL7展现最强结合自由能(-34.57 kJ/mol)，主要贡献来自范德华力(-58.54 kJ/mol)和疏水作用(SASA能:-7.03 kJ/mol)，较K36(-20.03 kJ/mol)提升72%。

Reproducibility and validation
三次重复模拟显示所有系统RMSD偏差<0.15 nm，证实数据可靠性。

结论与意义
该研究通过理性设计获得先导化合物KL7，其独特的溴代结构增强结合稳定性，MM-PBSA能量分析揭示范德华力是主要驱动力。相比现有临床抑制剂，KL7具有更优结合特性（对接得分提高14%）和更低构象波动（RMSD降低28%），为开发不依赖利托那韦增强的下一代Mpro抑制剂奠定基础。未来需通过体外酶活实验和动物模型验证其抗病毒效力，并优化其类药性质以克服K36类化合物的生物利用度局限。