上海科技大學的科研團隊聯合中國科學院上海藥物研究所、清華大學、中國科學院武漢病毒研究所、重慶醫科大學等單位的科研團隊，首次證實正痘病毒屬的核心蛋白酶是一個全新的廣譜抗病毒藥物靶標，并解析了猴痘病毒核心蛋白酶的高分辨率三維空間結構，揭示了其識別底物的分子機制。在此基礎上，研究團隊設計了多個具有強效廣譜抗病毒活性的小分子抑制劑并闡明其精確作用機制，為廣譜抗正痘病毒藥物的開發奠定了重要基礎。4月22日，相關研究發表于《自然》。
正痘病毒屬包含天花病毒、猴痘病毒（MPXV）等重要的人類病毒，是一類有包膜的雙鏈DNA病毒。發現和確證抗正痘病毒的新型藥物靶點，以及開發強效抗病毒抑制劑，對當前猴痘疫情的有效控制具有現實緊迫性，同時可為應對其他正痘病毒的威脅提供保障。正痘病毒屬的成員都編碼的一種高度保守核心蛋白酶，對于病毒成熟和感染性子代病毒的產生至關重要，其突變或缺失會導致病毒失去感染能力。
研究團隊成功表達并純化了具有活性的MPXV核心蛋白酶，并結合單顆粒冷凍電鏡和X射線晶體衍射技術解析了其高分辨率的三維結構。核心蛋白酶呈現出二體的組裝模式，每個單體包括N端結構域、催化結構域和C端結構域，其中活性中心位于催化結構域。
在此基礎上，研究團隊篩選發現，用于治療肌肉萎縮的廣譜半胱氨酸蛋白酶抑制劑aloxistatin，對MPXV核心蛋白酶的催化活性具有較好的抑制效果，同時也表現出一定的抗痘苗病毒及抗MPXV活性。結構生物學分析結果表明，aloxistatin與活性中心附近一個非催化的氨基酸殘基形成共價鍵，但未能完全占據底物結合口袋，這可能是其抑制活性不強原因。
進一步地，研究團隊開展了病毒核心蛋白酶底物識別和催化機制的研究。結果顯示，在底物的誘導下，核心蛋白酶活性中心發生了一系列構象變化，而核心蛋白酶對底物中兩個特定位置氨基酸具有高度選擇性。由此，研究團隊針對性地設計合成了一系列擬肽類抑制劑，其中A3-A6具有高效的病毒核心蛋白酶抑制活性，且表現出較強的抗猴痘病毒活性和抗痘苗病毒活性，同時具有良好的安全性。A3與核心蛋白酶的復合物結構分析結果顯示，A3不僅可以與蛋白酶的催化中心的關鍵氨基酸形成共價鍵，還可以利用其化學修飾基團同底物結合口袋的氨基酸殘基形成額外的氫鍵相互作用，以增強其結合能力。這些研究結果表明，化合物A3-A6在后續開發廣譜抗痘病毒抑制劑上的具有巨大潛力，是良好的先導化合物。
MPXV核心蛋白酶的底物識別機制。圖片由研究團隊提供
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09014-x