从真菌代谢物中发现针对天冬氨酰病毒聚合酶的强效多靶点抗病毒天然化合物

研究人员针对 HCV NS5B 和 SARS-CoV-2 RdRp，筛选真菌代谢物，发现 Lig-3 是有潜力的多靶点抗病毒候选物。

　　在病毒肆虐的当下，像中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）、严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）、流感病毒、新冠病毒（SARS-CoV-2）以及丙型肝炎病毒（HCV）等，给全球带来了巨大威胁。这些病毒能够兴风作浪，关键在于病毒聚合酶，它对病毒的基因组复制和转录至关重要。其中，HCV 和 SARS-CoV-2 的 RNA 依赖性 RNA 聚合酶（RdRp）在病毒的生命周期里扮演着核心角色。然而，现有的抗病毒药物存在诸多不足，有的疗效不够理想，有的还伴随着严重的副作用。所以，寻找更有效、更安全的抗病毒药物迫在眉睫。

来自伊朗赞詹大学（University of Zanjan）的研究人员挺身而出，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于真菌代谢物，试图从中找到对抗病毒的 “秘密武器”。经过一系列深入研究，他们发现了一种名为 Zopfiellamide A（Lig-3）的化合物，它极有可能成为对抗 HCV NS5B 和 SARS-CoV-2 RdRp 的多靶点抗病毒 “新星”，这一成果为抗病毒药物研发开辟了新方向。该研究成果发表在《Scientific Reports》杂志上。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 分子结构制备：从蛋白质数据库下载 SARS-CoV-2 RdRp（7ED5）和 HCV NS5B RdRp（2XI3）的结构，利用 ChemDraw 绘制真菌次生代谢物二维结构，再借助 Avogadro、Gaussian 等软件进行能量最小化、构象优化等操作，最终转换为 PDB 格式用于后续研究。
2. 分子对接：采用 AutoDock Vina 进行分子对接，分盲筛和靶向对接两步。盲筛时让模拟盒覆盖整个蛋白质结构寻找结合配体，靶向对接时以利巴韦林（Ribavirin）为标准药物，确定活性位点的网格参数后进行对接，筛选出结合能低的化合物。
3. 分子动力学（MD）模拟：选择结合能最佳的配体与受体进行 300 ns 的 MD 模拟，使用 Gromacs 软件包，设置好拓扑数据、溶剂、离子等参数，进行能量最小化、平衡化处理后模拟，分析 RMSD、Rg、SASA 等参数评估蛋白质的稳定性和结构变化 。

下面来看看具体的研究结果：

1. 分子对接分析：研究人员对 174 种次生代谢物进行对接研究，盲筛发现 76 种低毒化合物有潜在结合可能，基于结合能低于 - 7 kcal/mol 筛选出 10 种进行靶向对接。结果显示，Emestrin K（Lig-1）、Omega-hydroxyemodin（Lig-2）和 Zopfiellamide A（Lig-3）这三种化合物对 HCV NS5B 和 SARS-CoV-2 RdRp 的结合能均优于 Ribavirin，Lig-3 的结合能最低。进一步分析发现，这些化合物通过氢键和疏水相互作用与关键催化基序结合，可能干扰病毒复制。例如，Lig-1 与 SARS-CoV-2 RdRp 的 Thr556、Asp623 等形成氢键，还与 Mg²⁺辅因子相互作用；Lig-3 与 SARS-CoV-2 RdRp 的 Val560、Gly683 等形成氢键，并与多个关键氨基酸形成疏水接触，影响 RNA 或 rNTPs 的正确定位。
2. MD 模拟 - SARS-CoV-2 RdRp：通过 300 ns 的 MD 模拟，监测 RMSD 发现，自由的 SARS-CoV-2 RdRp 在模拟初期快速达到平衡，而 Lig-1、Lig-2、Lig-3 和 Ribavirin 与 RdRp 结合后的 RMSD 在开始阶段迅速上升，Lig-1 的 RMSD 值较高。Rg 分析表明，所有配体结合的复合物 Rg 值都降低，Lig-1 和 Lig-3 导致的结构压缩最明显，这可能使蛋白质结构不稳定，影响酶功能。SASA 分析结果与之相符，复合物的 SASA 值下降，意味着蛋白质结构更紧密，溶剂暴露减少。RMSF 分析显示，配体结合使 SARS-CoV-2 RdRp 的催化基序 A 和 F 等区域的氨基酸波动发生显著变化，影响 NTP 和模板结合，阻碍病毒复制。PCA 分析发现，配体结合缩小了 SARS-CoV-2 RdRp 的运动范围，表明其结构和动力学稳定性降低。
3. MD 模拟 - HCV NS5B：对于 HCV NS5B，自由状态下其 RMSD 在模拟过程中先升高后稳定，与 Ribavirin、Lig-2 和 Lig-3 结合后的 RMSD 平均值高于自由状态，Lig-3 和 Lig-2 的 RMSD 值较大。Rg 值分析显示，结合配体后，特别是 Lig-2 和 Lig-3，HCV NS5B 的 Rg 值下降，结构压缩，SASA 值也呈下降趋势，表明蛋白质结构变得更紧密，影响酶活性。RMSF 分析表明，配体结合改变了 HCV NS5B 催化基序 A 和 C 等区域的氨基酸波动，干扰底物识别和 RNA 合成。PCA 分析表明，配体结合改变了 HCV NS5B 的运动范围和模式，降低了其结构稳定性和动力学行为。
4. 结合能和药代动力学分析：MM/PBSA 分析显示，在与 SARS-CoV-2 RdRp 的结合中，Lig-1 和 Lig-3 的结合能强于 Ribavirin，主要作用力是范德华力；在与 HCV NS5B 的结合中，Ribavirin 的结合能最强，其次是 Lig-3 和 Lig-2。药代动力学分析表明，Lig-3 和 Lig-2 符合多项药物特性规则，生物利用度较高，药物相互作用少，毒性低，是比较有潜力的药物候选物。

综合来看，这项研究意义重大。研究人员通过虚拟筛选和 MD 模拟，从真菌代谢物中筛选出对 HCV NS5B 和 SARS-CoV-2 RdRp 有潜在抑制作用的化合物，尤其是 Lig-3 展现出多靶点抗病毒的潜力。这不仅为开发新型抗病毒药物提供了有价值的先导化合物，也为后续的体外和体内研究奠定了基础，有望推动抗病毒药物的发展，为人类对抗病毒感染带来新的希望。