過去二十年中，高致病性呼吸道冠狀病毒不斷出現(xiàn)，對(duì)全球健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，例如嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）、中東呼吸綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）和新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）。MERS-CoV自2012年被首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其感染者病死率高達(dá)36%，遠(yuǎn)高于其它冠狀病毒的致死率。值得注意的是，近年來(lái)不斷有新的MERS相關(guān)冠狀病毒（MERSr-CoVs）被發(fā)現(xiàn)，并且它們的刺突蛋白（S）上存在著顯著變化。部分病毒甚至不再使用經(jīng)典的DPP4受體，轉(zhuǎn)而利用ACE2受體入侵細(xì)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）。這類病毒可識(shí)別多種哺乳動(dòng)物的ACE2受體，從而增加了跨物種傳播感染到人類的風(fēng)險(xiǎn)，因此亟需開發(fā)可應(yīng)對(duì)這類病毒感染的廣譜抗病毒藥物（Jiang S. and Wu F. Cell. 2025）。

近日，上海市重大傳染病毒和生物安全研究院、復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)教育部/國(guó)家衛(wèi)健委/中國(guó)醫(yī)科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的夏帥/姜世勃/陸路及其合作團(tuán)隊(duì)在Nature子刊Cell Discovery（IF=12.5, 中科院1區(qū)）上發(fā)表題為“Dual-Targeting Strategy Enables Extremely Potent and Broad Inhibition of Emerging MERS-Related Coronaviruses”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)“雙靶一體”化的新型抗病毒抑制劑（GREK1）高效抑制多種MERS-CoVs感染，并且其半數(shù)抑制濃度均在皮摩爾水平。

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，盡管在這些MERSr-CoVs受體結(jié)合域（RBD）中存在較大變異，但其S蛋白S2亞基中的HR1區(qū)域高度保守，與MERS-CoV-HR1的序列同源性均超過80%。同時(shí)，HR1也是參與介導(dǎo)病毒膜融合和入侵過程的關(guān)鍵功能域，因而其也是一個(gè)重要的抗病毒靶點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研究團(tuán)隊(duì)先前自主研發(fā)的廣譜冠狀病毒融合抑制劑EK1（Xia S. et al., Cell Res. 2020/2022）能高效結(jié)合多種MERSr-CoVs的HR1衍生肽（HR1Ps）。非變性凝膠電泳（Native-page）和圓二色譜（CD）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，EK1與MjHKU4r-HR1P混合后形成了具有高度α螺旋的穩(wěn)定復(fù)合物，其熔解溫度（Tm）高達(dá)88.9℃。進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在納摩爾濃度水平下，EK1顯著抑制多種MERSr-CoVs S蛋白介導(dǎo)的膜融合過程（圖2）。

圖2. EK1多肽通過靶向于HR1而顯著抑制MERSr-CoVs S蛋白介導(dǎo)的膜融合過程

研究人員與合作者通過解析MjHKU4r-HR1/EK1復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了EK1的作用機(jī)制：它通過競(jìng)爭(zhēng)性取代病毒自身的HR2區(qū)域，與HR1形成穩(wěn)定的異源六螺旋束（6-HB），從而有效阻斷病毒正常的膜融合過程。其中，EK1的Lys18 位點(diǎn)可分別與Glu21、Tyr14間形成鹽橋從而進(jìn)一步增強(qiáng)其螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和溶解性。此外，EK1與其他MERSr-CoVs 的HR1也存在類似的作用機(jī)制（圖3）。

圖3. MERSr-CoV HR1/EK1復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)

另一方面，冠狀病毒的S蛋白S1亞基含有大量的糖基化修飾，這些糖基化修飾在病毒生命周期中發(fā)揮著著關(guān)鍵作用，包括免疫逃避和受體結(jié)合等。越來(lái)越多的證據(jù)表明，這些修飾的糖鏈?zhǔn)菨撛诳共《景悬c(diǎn)，并可被糖結(jié)合蛋白靶向。該研究團(tuán)隊(duì)先前發(fā)現(xiàn)了GRFT（griffithsin，一種從紅藻中分離出來(lái)的凝集素）能夠特異性地與S蛋白上的這些糖基相結(jié)合，從而阻斷病毒入侵過程?；谶@一原理，研究團(tuán)隊(duì)前期成功地設(shè)計(jì)了一種“雙靶一體”化融合抑制劑——GREK1，該抑制劑巧妙地融合了GRFT（靶向病毒表面糖基化位點(diǎn)）和EK1（靶向保守HR1區(qū)域）的靶點(diǎn)優(yōu)勢(shì)（圖4）。

圖4. “雙靶一體”融合抑制劑GREK1的結(jié)構(gòu)示意圖

更重要的是， “雙靶一體”GREK1的抗病毒活性實(shí)現(xiàn)了極大提升：其對(duì)MERSr-CoV的膜融合抑制IC50為0.04-0.27 nM，比單獨(dú)使用GRFT強(qiáng)12-24倍，比單獨(dú)使用EK1強(qiáng)141-1415倍以上（圖5）。在假病毒和具有復(fù)制能力的重組病毒實(shí)驗(yàn)中，GREK1的抗病毒活性表現(xiàn)尤為突出，在皮摩爾（picomolar）水平就能完全抑制病毒感染，其IC50可低至10-110 pM, 該抗病毒活性遠(yuǎn)高于目前已報(bào)道的其它抗MERSr-CoV抑制劑（圖5）。

圖5. GREK1抗MERSr-CoV感染活性

在SARS-CoV-2大流行期間，已有眾多抗病毒藥物獲批并應(yīng)用于臨床，然而這些臨床藥物對(duì)MERSr-CoVs的抑制效果仍需要進(jìn)一步研究。特別是靶向冠狀病毒RBD的中和抗體類藥物，易受耐藥突變影響而缺乏廣譜性。而GREK1作為一種“雙靶一體”化抗病毒抑制劑，同時(shí)靶向兩個(gè)高度保守的區(qū)域：病毒HR1和表面糖基，其抗病毒效果不易因病毒變異而逃逸，且抗病毒活性顯著提升。因此，該研究系統(tǒng)地展示了該“雙靶一體”化抗病毒藥物研發(fā)策略的巨大優(yōu)勢(shì)，該類抑制劑也有望被開發(fā)為應(yīng)對(duì)當(dāng)前及未來(lái)新發(fā)冠狀病毒疫情的通用型藥物。

上海市重大傳染病和生物安全研究院、復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)教育部/國(guó)家衛(wèi)健委/中國(guó)醫(yī)科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的夏帥青年研究員、姜世勃教授、陸路研究員、中國(guó)科學(xué)院生物物理所朱赟研究員為本文共同通訊作者；復(fù)旦大學(xué)焦凡珂博士后、靳素雅碩士研究生為本文共同第一作者。