双钉合短肽模拟病毒刺突蛋白HR2核心区高效抑制人类β冠状病毒

研究人员针对人类β冠状病毒感染难题，通过模拟病毒刺突蛋白HR2核心区设计双钉合短肽，证实其强效抑制作用。该研究为开发广谱抗冠状病毒药物提供了新策略，相关成果发表于《Journal of Medicinal Chemistry》。

　　

冠状病毒感染一直是全球公共卫生的重大威胁，尤其是β属冠状病毒如SARS-CoV和MERS-CoV引发的疫情，暴露出现有抗病毒药物的局限性。病毒通过刺突蛋白（Spike protein）介导的膜融合过程入侵宿主细胞，其中HR1-HR2六螺旋束的形成是关键步骤。尽管针对HR1区域的抑制剂已有报道，但开发模拟HR2核心区的小分子或肽类抑制剂仍面临巨大挑战——既要维持稳定的α螺旋结构，又要克服传统多肽易降解的缺陷。

这项发表于《Journal of Medicinal Chemistry》的研究另辟蹊径，设计了一种创新的双钉合短肽（double-stapled peptide），通过碳碳交联稳定α螺旋构象，精确模拟HR2核心区的三维结构。这种策略不仅增强了肽类的蛋白酶抗性，更通过空间位阻有效阻断了HR1-HR2相互作用。研究人员结合X射线晶体学与分子动力学模拟，证实该短肽能以纳摩尔级亲和力结合HR1，在细胞模型中显示出对多种β冠状病毒的广谱抑制活性。尤为重要的是，通过比较不同冠状病毒株的HR2序列保守性，该研究为开发泛冠状病毒抑制剂提供了理论依据。

关键技术方法包括：1）基于结构的肽类设计（structure-based design）优化双钉合位点；2）表面等离子共振（SPR）测定结合动力学；3）假病毒中和实验评估抗病毒活性；4）冷冻电镜解析肽-刺突蛋白复合物结构；5）机器学习模型（FEP+和WaterMap）预测化合物活性。

研究结果：

1. 1.

   结构设计与优化：通过对比β冠状病毒HR2区的保守序列，设计出含位置双钉合的23肽，圆二色谱显示其α螺旋含量达82%，较未修饰肽提高3倍。

2. 2.

   结合特性分析：SPR显示该肽与SARS-CoV-2 HR1的K_D为11 nM，较天然HR2肽亲和力提升40倍，分子对接揭示钉合基团填充HR1疏水口袋的关键作用。

3. 3.

   抗病毒活性验证：在表达ACE2的HEK293T细胞中，1 μM浓度下对SARS-CoV-2假病毒的抑制率达98%，且对SARS-CoV和MERS-CoV交叉抑制效果显著。

4. 4.

   结构生物学证据：2.8 ?分辨率冷冻电镜结构显示，双钉合肽诱导HR1发生构象变化，阻碍六螺旋束形成，与分子动力学模拟的自由能计算结果一致。

结论与意义：该研究首次证明短双钉合肽可通过模拟HR2核心区实现高效冠状病毒抑制，其设计策略突破了传统多肽药物的局限性。相比小分子抑制剂，这种肽类具有精准靶向蛋白-蛋白相互作用的独特优势。研究不仅为COVID-19治疗提供新候选药物，更重要的是建立了一种可推广的抗病毒肽类开发范式——通过理性设计稳定关键二级结构单元，为应对未来冠状病毒变异株威胁储备技术方案。作者Leela S. Dodda团队特别指出，该双钉合技术可扩展应用于其他依赖螺旋-螺旋相互作用的病原体靶点，具有广阔的转化医学前景。