近日，我校免疫化学研究所杨贝/Ian A. Wilson研究团队通过交叉运用多种不同的技术手段，发现了肠道病毒属病毒重要药靶3C蛋白上两个不同于其蛋白酶活性中心的全新可靶向位点。该工作首次证明了3C蛋白调控肠道病毒基因组复制的能力是独立于其蛋白酶活性之外的又一可靶向功能，为后续抗肠道病毒属病毒的药物研发工作提供了新思路。5月28日，该研究成果以“Inhibitory antibodies identify unique sites of therapeutic vulnerability in rhinovirus and other Enteroviruses”为题在线发表于《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上。
小核糖核酸病毒科（Picornaviridae）的肠道病毒属（Enterovirus，EV）包括了脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、肠道病毒和鼻病毒等多种重要病原体，这些病毒所引发的感染给社会带来了巨大的健康和经济负担。对于该病毒属的多数病毒来说，由于多种不同血清型（serotypes）的存在，相应的疫苗研发十分困难。因此，针对在不同病毒中均相对保守且发挥重要功能的关键蛋白，例如由病毒基因组编码的蛋白酶3C，来开发广谱、高效的抑制剂是控制该属病毒感染的重要研究方向之一。然而，3C蛋白酶活性中心的亲核性质使得靶向该位点研发的小分子抑制剂均带有高反应性的亲电基团，而由此引发的脱靶效应和不良药代动力学特征等问题使得这些小分子抑制剂难以在临床试验中推进。在此背景下，探寻3C蛋白上新的可靶向位点并针对这些位点进行相应的药物研发工作就显得尤为迫切和重要。
在此前的研究中，上科大特聘教授Richard A. Lerner博士在美国Scripps研究所的研究团队通过细胞内组合抗体库结合表型筛选的方式鉴定出两个命名为YDF和GGVV的单链抗体，它们在Hela细胞体系中对鼻病毒的感染表现出显著的抑制作用（Xie, J. et al., 2014, Chem Biol. 21:274-83）。然而，这两株单链抗体抑制鼻病毒感染的具体机制却并不明确。针对这一现象，上科大免化所研究团队交叉运用多种不同的技术手段对这两株抗体的病毒抑制分子机理开展了研究。研究结果显示，这两株单链抗体与3C蛋白的结合位点都独立于后者已知的酶活性中心（图1），并且它们通过全新的分子机制来发挥独特的病毒增殖抑制效应。
图1：单链抗体YDF及GGVV的抗原表位代表了3C蛋白上不同于其酶活性中心的、全新可靶向位点。图中在3C蛋白的表面结构图上（灰色）用紫色和橘黄色突出显示单链抗体YDF和GGVV的结合区域，鼻病毒 3C蛋白的活性位点则显示为黄色表面。
其中，单链抗体YDF可以作为 3C蛋白的非竞争性抑制剂对后者的蛋白酶活性发挥别构抑制作用，这一发现提示后续的药物研发工作可以通过靶向YDF的抗原表位来别构调节3C蛋白的酶活性而达到抑制鼻病毒感染的目的。同时，单链抗体GGVV则对3C的蛋白酶活性没有任何影响，而是通过阻断3C蛋白与病毒基因组5’非编码区之间的相互作用来拮抗3C蛋白在病毒基因组复制中的调控功能，从而抑制人鼻病毒的感染与增殖。这一发现不仅第一次揭示了3C蛋白对病毒基因组复制的调控是独立于其蛋白酶活性的另一个可靶向功能，同时也发掘了3C蛋白上另一个全新的可靶向位点（GGVV抗原表位），从而为靶向3C蛋白的抑制剂药物研发提供了崭新的思路。值得注意的是，该可靶向位点在肠道病毒属的多种病毒间均具有高度的序列和结构保守性，有望成为抗肠道病毒属病毒的广谱药物研发的重要靶点。
上科大免化所博士后蒙冰为文章第一作者，上科大免化所Co-PI杨贝和美国Scripps 研究所教授兼上科大免化所特聘教授Ian A. Wilson院士为共同通讯作者，上科大为第一完成单位。该研究工作同时得到了美国Scripps 研究所教授兼上科大免化所特聘教授Richard A. Lerner院士研究团队的大力支持与帮助。国家蛋白质中心，上海同步辐射光源以及上科大免化所、iHuman研究所、生命学院的多个技术平台也为该课题的顺利开展提供了重要的仪器支撑和技术支持。
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