冠狀病毒是一類外表面鑲嵌有刺突蛋白的有包膜RNA病毒，由α、β、γ和δ四個屬組成，其中7種冠狀病毒被發現可感染人，3種冠狀病毒在人類歷史上引發過疫情，分別是2002年爆發的非典型肺炎病毒（SARS-CoV）疫情、2012年底爆發的中東呼吸綜合征病毒（MERS-CoV）疫情、以及2019年底爆發的新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）疫情。據世界衛生組織統計，截至2025年4月，全球感染新冠病毒人數已超過7億人，死亡人數超700萬人。盡管新冠病毒目前已進入常態化流行，但冠狀病毒因其種類繁多、宿主廣泛、基因易變，對人類健康構成嚴重威脅，迫切需要儲備廣譜抗病毒藥物。

華東師范大學藥學院/人工智能新藥創智中心李洪林教授團隊、香港中文大學杜洋研究員團隊、武漢大學徐可教授團隊聯合攻關，于2025年4月26日在國際學術期刊《Advanced Science》報道了一種名為“S416”的新型兩親性小分子化合物，通過靶向冠狀病毒刺突蛋白三聚體結構中的保守構象，將刺突蛋白鎖定在閉合狀態，并阻斷在細胞之外，有望解決病毒變異逃逸的藥物研發難題。研究論文的題目為“Dual-Locking the SARS-CoV-2 Spike Trimer: An Amphipathic Molecular ‘Bolt’ Stabilizes Conserved Druggable Interfaces for Coronavirus Inhibition”。

研究團隊成功解析了新型兩親性小分子S416的抗病毒機制——這種仿生設計的智能“分子螺栓”通過協同結合刺突蛋白三聚體界面的兩個變構位點發揮雙重鎖扣效應，將新冠病毒刺突蛋白強力錨定于非活化的關閉構象，形成受體結合域“全封閉鎖”（圖1）。該化合物可完全阻斷刺突蛋白與ACE2受體的互作界面，作用位點在SARS-CoV、MERS-CoV等β屬冠狀病毒中高度保守，為開發克服病毒逃逸的廣譜抗冠狀病毒藥物提供了一種全新的技術路徑。

圖 1 分子“螺栓”的雙重鎖定機制

新冠病毒表面的刺突蛋白是由同源三聚體構成的，其需要從“關閉”（down）構象轉變為“開放”（up）構象，才能結合人體細胞表面的ACE2受體，介導病毒進入細胞。研究團隊通過理性設計策略篩選出新型噻唑骨架化合物S416，其獨特的極性頭基-疏水尾鏈兩親性結構，可以精準模擬天然蛋白相互作用，鎖死刺突蛋白三聚體中3個受體結合結構域（RBD）之間的分子間構象（圖2 A-B）。更有趣的是，在同一個單體內部，S416可以進一步結合在N端結構域（NTD）和RBD之間，形成分子內雙重鎖結構。結合S416的刺突蛋白被鎖定在全RBD向下構象（3 RBD-down），電鏡分析中未檢測到開放態粒子（圖2 C-D）。分子動力學模擬顯示，S416結合后刺突蛋白整體剛性增強，關鍵受體結合基序（RBM）的原子波動性顯著降低，病毒入侵細胞受阻。

圖 2 S416分子螺栓特異性靶向新冠病毒刺突蛋白

通過2.95 ?冷凍電鏡結構（PDB 9LVS），團隊捕獲到了"雙重鎖扣"作用原理。每個S416分子同時楔入①相鄰RBD結構域間的疏水腔（單體間界面）與②NTD-RBD電荷互補區（單體內界面），形成幾何對稱的六螺栓式拓撲鎖定，導致刺突三聚體整體結構變得更緊湊（相比Apo狀態，①整體尺寸減小：高度從91.1 ?減至86.7 ?，寬度從84.7 ?減至83.1 ?；②結構域向中心軸收緊：RBD核心距中心軸縮短約12 ?，NTD核心距中心軸縮短約6 ?）（圖3）。

圖3 冷凍電鏡解析揭示S416介導的刺突蛋白六螺栓式拓撲鎖定

氨基酸序列比對發現，S416與刺突蛋白的結合基序具有高度的保守性和結構相似性，這也符合不同冠狀病毒刺突蛋白都需要相似的三聚體構象介導病毒入侵的基本原則（圖4 A-H）。感染實驗也證實S416能高效結合SARS-CoV、MERS-CoV、hCoV-OC43等多種冠狀病毒的刺突蛋白，并能抑制野生型新冠病毒及奧密克戎XBB、EG.5亞變體的感染和細胞融合（圖4 I-K）。

圖4 S416作用位點在多種冠狀病毒中高度保守

總之，S416與刺突蛋白特異性結合揭示了兩個全新的廣譜藥物靶點，即刺突蛋白三聚體每個單體之間的RBD-RBD結構，以及每個單體內部的RBD-NTD結構，通過閉鎖這些需要變構的結構域，可以達到阻止病毒結合細胞受體的功效，在病毒入侵的“第一步”就阻斷病毒。藥代動力學數據顯示，該分子具備76.28%的口服生物利用度，急性毒性試驗中未觀察到顯著器官病理損傷（最高劑量500 mg/kg），具備開發成廣譜抗病毒藥物的潛力。這項研究成果表明，中國研發團隊具備從藥物設計、靶點發現、結構解析到藥效驗證的全鏈條候選新藥開發能力。

華東師范大學藥學院/人工智能新藥創智中心李詩良教授，香港中文大學（深圳）醫學院葉芳博士，武漢大學生命科學學院博士生鄭雨澄，華東理工大學藥學院博士生王潔，海軍軍醫大學彭浩然博士為本文共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金“基于冠狀病毒感染與致病共性機制的創新藥物研究”指南引導類原創探索計劃項目（82150208），及其他國家自然科學基金（82425104，82341056，82272307，32300138）和國家重點研發計劃（2022YFC3400500，2023YFC2307800）等項目資助。