[本站讯]近日,山东大学药学院展鹏教授/高升华副研究员联合多家科研单位,在Nature发表题为Structures and inhibition of the Crimean–Congo haemorrhagic fever virus polymerase的原创性研究成果。该研究首次完整解析克里米亚-刚果出血热病毒(CCHFV)聚合酶多种功能态三维结构,系统揭示病毒复制调控规律,同时阐明两类抑制剂作用机制,为靶向CCHFV聚合酶的新型抗病毒药物研发提供了关键结构基础。
中国科学院广州生物医药与健康研究院熊晓犁研究员,广州国家实验室陈新文研究员,山东大学展鹏教授,武汉病毒研究所王曼丽、邓增钦研究员为共同通讯作者;广州健康院副研究员薛璐、研究生桂嘉诚、潘海内,武汉病毒研究所博士吴凡,山东大学药学院副研究员高升华,武汉病毒研究所副研究员匡文华、广州医科大学研究生常添彩为论文共同第一作者。

CCHFV是蜱传高致病性布尼亚病毒,致死率高达40%,被WHO列为优先防控病原体,目前无上市疫苗与特效药。L蛋白是其复制核心靶点,但该蛋白分子量巨大、构象高度复杂,长期缺少原子级三维结构,极大阻滞特效新药研发。联合团队借助冷冻电镜解析游离态、5′/3′RNA结合态、RNA延伸态等多个关键功能状态结构,较为系统地呈现了CCHFV聚合酶从RNA识别到延伸过程中的结构变化。研究首次鉴定调控酶活的关键锌结合位点,明确活性中心内模板双链与NTP底物的识别模式,完整阐释RNA合成分子机制。此外,团队进一步解析了介导帽抢夺过程的内切酶(Endo)结构与功能机制。上述全部结构特征精准定位内切酶口袋、RdRp催化中心两大可成药位点,为后续先导分子亲和力提升提供结构指导。
基于完整的聚合酶结构,团队系统开展了抑制剂筛选与作用机制研究。通过前期抗流感领域的工作积累,发现抗流感候选药物WXSH0208具备良好的抗CCHFV活性与安全性,其与近缘卡斯克罗病毒(KASV)内切酶的共晶结构显示,其通过双金属离子螯合机制占据Endo结构域,竞争性阻断宿主mRNA底物与内切酶的结合,通过阻断病毒的“抢帽”转录起始过程发挥抗病毒作用。此外,团队还发现核苷类化合物2'-脱氧-2'-氟胞苷(2FC)展现出强效抗CCHFV活性(EC50= 75.7 nM)。研究首次明确其作用于RdRp催化活性中心,并且揭示其作用模式为“转位后链终止”:它以三磷酸活性形式被聚合酶识别,正常掺入新生RNA链并完成易位;随后其2'-氟原子会干扰催化位点关键残基对3'-OH的空间取向,阻断下一个核苷酸的磷酸二酯键形成,从而终止RNA链延伸。

药学院药物化学团队全程参与活性小分子的发现、合成、表征与活性评估,为抑制剂分子机制解析提供了核心物质支撑。优化建立了2FC三磷酸活性中间体的制备工艺,解决体外生化、冷冻电镜复合物制备的原料瓶颈。该研究解析了CCHFV聚合酶复制机制与两类抑制剂作用模式,破解靶点结构、强效先导化合物双重科研难题,打通靶点结构到候选分子转化通路,建立可推广的布尼亚病毒“结构生物学-药物化学”交叉研究范式,为抗病毒新药研发提供参考路径。
本研究得到中药功效成分发掘与利用全国重点实验室及基金委创新群体项目的支持,是山东大学药学院立足药物化学学科优势,服务国家重大传染病防控战略的又一重要突破。
山东大学创新药物研究院院长刘新泳教授和伊利诺伊大学芝加哥分校荣立军教授为该工作提供了重要指导。