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2025年1月13日，郑州大学于文全团队和常俊标团队合作，在JMC期刊上发表了题为“Discovery of a 2′-α-Fluoro-2′-β-C-(fluoromethyl) Purine Nucleotide Prodrug as a Potential Oral Anti-SARS-CoV-2 Agent”的论文。

核苷类似物（NAs）在抗病毒药物研发中发挥着重要作用。截至目前，已有几种核苷类似物药物获批用于临床治疗SARS-CoV-2感染，包括瑞德西韦、莫努匹韦、阿兹夫定和 VV116（图1）。研究团队对一系列 2'-α-氟-2'-β-C-（氟甲基）修饰的嘌呤核苷类似物前药进行了初步筛选，并确定了具有强效抗SARS-CoV-2活性的化合物15（图1）。该研究报告了这种候选化合物作为一种新型RdRp 抑制剂用于治疗SARS-CoV-2感染的合成及生物学评估。

图1. 获批抗SARS-CoV-2药物及化合物15的化学结构

新冠病毒的中央复制转录复合体（C-RTC，nsp12-nsp7-nsp82）所催化的体外RNA合成，能被相应的生物活性核苷三磷酸（13-TP）有效抑制。同时，C-RTC:13-TP 复合体的冷冻电镜结构也已被测定。

化合物15对新冠病毒20SF107毒株（半数有效浓度 EC50 = 0.56 ± 0.06 μM）和奥密克戎BA.5变体（EC50 = 0.96 ± 0.23 μM）展现出强大的体外抗病毒活性，且细胞毒性较低。此外，大鼠对高达 2000 mg/kg 剂量的该化合物耐受性良好，单剂量口服 40 mg/kg 的这种前药，可在大鼠的靶器官肺部产生高浓度的13-TP，且半衰期较长。

这些研究结果支持将化合物15进一步开发为一种可口服的抗病毒药物，用于治疗新冠病毒感染。

研究内容

01.化学合成

Scheme 1. 核苷类似物13的逆合成分析

Scheme 2. 核苷类似物13 及其前药15的合成

Scheme 3. 核苷三磷酸（NTP）13-TP 的合成

02.13-TP对RdRp催化的体外RNA合成的抑制作用

本研究设计并合成了一种靶向 RdRp 的新型核苷酸类似物，并测定了新冠病毒中央复制转录复合体（C-RTC，nsp12-nsp7-nsp82）与新型抗病毒药物 13-TP 结合的冷冻电镜（cryo-EM）结构。

13-TP的加入有效抑制了RNA聚合活性（图2）。在5 mM NTPs存在下，3 mM 13-TP完全抑制了RdRp的聚合活性。此外，30 μM - 13-TP阻断了部分引物RNA的完全延伸（图2A）。最后，当无 NTPs 时，13-TP被纳入产物链并终止链延伸（图2B）。

图2. 13-TP 对 C-RTC 催化的体外RNA合成的抑制作用。

(A, B) 13-TP 在有 5 mM NTPs（A）或无 NTPs（B）的情况下，对 C - RTC 催化的体外 RNA 合成的抑制作用。

03.C-RTC:13-TP复合物的结构

C-RTC:13-TP 复合物结构包含一个 nsp12、一个 nsp7、两个 nsp8、模板链中的11碱基RNA、引物链中的10碱基RNA、与引物链共价相连的抑制剂13-MP（图3）及一个可能充当催化离子的镁离子（图3D）。双链RNA螺旋由 nsp8 和 nsp12 的指-掌-拇指结构域固定，模板-引物RNA与nsp12有广泛相互作用，共有33个nsp12 残基直接参与RNA结合（图4）。

13-MP位于引物链3'端，在-1位置共价掺入引物链（图3B）。13-TP浓度高时引物延伸立即终止，化合物15通过非强制RNA 链终止机制抑制病毒 RdRp 活性，需母体药物转化为活性三磷酸形式。

SARS-CoV-2 RdRp催化活性位点由保守基序 A-G 组成，基序A-D在手掌结构域，759-SDD-761序列构成催化活性中心。基序F和G在手指结构域，与模板链和引物链RNA相互作用（图4A）。参与 RNA 结合和构成催化活性位点的残基高度保守，表明开发广谱抗病毒抑制剂或许可行。

13-TP位于催化活性位点的中心（图4A），13-MP作为单磷酸腺苷类似物，与引物链上游碱基形成碱基堆积、与模板链尿嘧啶碱基形成两个氢键（图3D和图4B），其核糖与S759、D760、D761侧链相互作用，氟修饰与S759、D760相连，C813羟基和S814侧链与13-MP磷酸二酯主链形成氢键，附近镁离子与磷酸二酯主链相互作用，是催化活性位点一部分（图3D）。