2021年6月1日，国家蛋白质科学研究（上海）设施（简称“蛋白质设施”）、上海光源用户上海交通大学医学院附属瑞金医院卢敏教授课题组、上海科技大学杨海涛课题组与中国科学院武汉病毒所张磊珂课题组合作，在新冠病毒抑制剂研究领域取得重要进展，筛选出一系列靶向新冠病毒M^pro蛋白的caspase和蛋白酶体抑制剂。该研究为设计新冠病毒M^pro蛋白抑制剂提供了新思路。相关研究成果以“Identification of proteasome and caspase inhibitors targeting SARS-CoV-2 M^pro”为题发表在Signal Transduction and Targeted Therapy国际期刊上。

新型冠状病毒（COVID-19）肺炎疫情对全世界人民产生了不可估量的影响，截至目前，全球已有超过1.91亿人确诊新冠病毒肺炎，导致超过400万人死亡。虽然相关疫苗已经开始投入接种，但是随着各种病毒突变株的出现，国内外疫情仍有反复的趋势。新冠病毒中的主蛋白酶（M^pro，又称为3CL^pro）对于病毒的复制必不可少，它在冠状病毒中结构十分保守，并且在人类体内没有M^pro同源类似物。因此新型冠状病毒的M^pro是一个重要的药物靶标，并且已经有研究报道了靶向新冠病毒M^pro的多个具有潜力的新冠病毒抑制剂。然而，目前尚没有被FDA批准的新冠病毒M^pro抑制剂。

在本研究中，研究团队在我国公布新冠病毒基因组序列的两周内就合成并纯化了多个新冠关键蛋白，并在2天时间内在瑞金医院国家转化医学研究中心药筛平台完成新冠M^pro抑制剂的FDA老药库和生物活性库的筛选，成功筛选到了蛋白酶体抑制剂MG132、caspase

抑制剂Z-VAD-FMK等一系列新冠M^pro抑制剂，并发现它们在体内/体外都具有良好的抗新冠病毒活性。

图一：MG132和Z-VAD-FMK与M^pro 的结合模式图

团队解析了1.7 埃的“M^pro-MG132” （图1A）以及1.8埃的“M^pro-Z-VAD-FMK”高分辨率复合结构，并且发现Z-VAD-FMK以一种不同于传统M^pro抑制剂的结合方式结合在M^pro的活性位点（图1B）。在进一步化合物的SAR（structure–activity relationship）分析中发现了另外两种在体外/体内都可以有效抑制M^pro的caspase抑制剂（Z-DEVD-FMK and Z-IETD-FMK），并由此总结出新的M^pro抑制剂的设计要点：1）具有核心结构（core structure）是成为M^pro热力学稳定剂的前提，2）氟甲基酮（FMK）可以作为高效靶向M^pro的“弹头”，3）体积较小的R2基团可能会使化合物有更好的抗病毒活性（图1B）。

在蛋白质晶体研究中，国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U1线站，上海光源BL17U1线站工作人员为其X射线晶体学衍射数据收集提供了及时有效的支持；同时，蛋白质设施的彭超博士结合质谱解析技术，确证了小分子的精确结合位点,为研究结论提供了重要的支持。