抗新冠病毒药物研究工具，除了抗原抗体，还有什么？

　　自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，人们从未停止过探索研究，这次疫情让冠状病毒、S蛋白、ACE2这些冷僻的生物学名词再次进入公众视野。

　　2019新型冠状病毒SARS-CoV-2(2019-nCoV)，是目前发现的可以感染人类的冠状病毒科中的第七个成员，与SARS-CoV和MERS-CoV同属于β冠状病毒。SARS-CoV-2为单股正链RNA，有囊膜，是最大的RNA病毒。比起稳定的双链 DNA 结构，单链的遗传物质使得冠状病毒具有更强的变异性。

　　SARS-CoV-2基因组结构

　　SARS-CoV-2的基因组分为非结构基因和结构基因两个部分。其中约占SARS-CoV-2全基因组总长度三分之二的非结构基因含有两段编码蛋白质的序列，称为ORF1a和ORF1b;而紧随其后的结构基因区域则编码S、E、M、N结构蛋白。

　　下面我们详细介绍一下新冠病毒的主要蛋白。

　　结构蛋白：打开宿主大门的钥匙

　　2019新型冠状病毒结构基因依次编码刺突蛋白(spike protein，S蛋白)、包膜蛋白(Envelope protein，E蛋白)、膜蛋白(Membrane protein，M蛋白)和核衣壳蛋白(Nucleocapsid，N蛋白)。

　　S 蛋白

　　S蛋白是冠状病毒最重要的表面蛋白，与病毒的传染能力及发病机制等密切相关。它是进攻入侵人类细胞的武器，在病毒与宿主细胞表面受体结合及介导膜融合的过程中起关键性作用。

　　S蛋白位于新冠病毒最外层，像一个个突起的“皇冠”。它是个有大量糖基化修饰的三聚体蛋白，先结合细胞表面的受体，然后“变形”，顺势将病毒包膜与细胞膜融为一体，从而将病毒内的遗传物质注入细胞，达到感染细胞的目的。

　　S蛋白包括S1和S2两个亚基，其中S1主要包含受体结合区(RBD)，识别并结合细胞表面的ACE2受体，而S2亚基可把整个S蛋白固定在细胞膜上，并介导病毒-宿主细胞以及病毒-细胞膜的融合。

　　S蛋白是宿主中和抗体的重要作用位点。S蛋白可通过RBD的基因重组或突变可以实现不同宿主间传播，并导致较高致死率。对RBD和比较稳定的S2区的研究，有助于设计开发新冠病毒疫苗和抗病毒药物。

　　M、E、N 蛋白

　　M蛋白和E蛋白是冠状病毒高效组装的关键。M蛋白参与病毒包膜的形成和出芽过程，即参与病毒的组装和病毒释放，抑制IFN攻击。两者可用于检测抗体。

　　N蛋白是冠状病毒RNA合成中的重要辅助因子，其序列保守、免疫原性高，通常作为冠状病毒诊断检测的标志物。

　　新冠病毒侵染受体ACE2

　　血管紧张素转化酶2(ACE2)，是SARS-CoV-2感染人体细胞的受体，相当于一个“门把手”，与S蛋白的RBD结构域相互作用，从而打开感染人体细胞的大门。ACE2是新冠病毒与细胞进行膜融合的关键步骤，且感染过程和SARS-CoV相似，也依赖于丝氨酸蛋白酶TMPRSS2。病毒S1-RBD区域与受体ACE2结合后，TMPRSS2负责切割S蛋白，协助S2区域的FP结构插入细胞膜，形成膜融合通道，促进病毒融合进入细胞。

　　研究表明，阻断S蛋白和ACE2之间的相互作用是治疗新型冠状病毒感染的有效方法。

　　非结构蛋白：传宗接代的后宫

　　2019新型冠状病毒非结构基因中有两个大的重叠开放阅读框(ORF)，分别是ORF1a和ORF1b。这二者主要是负责编码与病毒复制、转录相关的酶，包括木瓜样蛋白酶(Papain-like protease，PLpro)、3-胰凝乳蛋白酶样蛋白酶(3C-like Proteinase, 3CLPro)、甲基转移酶(methyltransferase)、RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase, RdRP)以及解旋酶(Helicase)等15～16个蛋白。

　　3CLPro 和 PLpro

　　3CLPro是新型冠状病毒产生的主要的蛋白酶，由ORF1编码(定位于nsp5)，位于复制酶基因中心区域，是新型冠状病毒RNA复制时的一个关键蛋白质。

　　除了3CLpro以外，新型冠状病毒的复制还需要另一种木瓜蛋白酶样蛋白酶PLpro(nsp3)，两者对于病毒的活性至关重要。它参与多种病毒蛋白的前体切割，以形成病毒复制过程中所需的一系列功能蛋白。

　　3CLpro和PLpro是开发抗病毒药物的重要靶点，可抑制病毒复制并降低相关死亡率。

　　2019-nCoV冠状病毒3CLpro蛋白的高分率晶体结构

　　其他非结构蛋白

　　Helicase(nsp13)是一种解旋酶，利用核苷酸水解的能量将双链核酸分解两条单链。病毒RNA会缠绕起来，研究学者推测其可解开缠绕的RNA链，以便复制或者蛋白翻译。

　　RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP，nsp12)是新冠病毒复制和扩增的关键。一方面以病毒RNA为模板复制子代病毒的基因，另一方面将病毒复制增殖过程中需要的蛋白质和酶的基因转录成mRNA。抗病毒药remdesivir会干扰NSP12。

　　甲基转移酶(nsp10/nsp16)介导腺苷甲硫氨酸的甲基转移到第一个转录的核苷酸上，参与信号转导、染色体重组和核酸加工等。