终于明白抗病毒药物是如何抑制病毒的
RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp，也称为nsp12）是冠状病毒复制、转录的核心组成部分，可催化病毒RNA的合成，在SARS-CoV-2的复制和转录周期中发挥重要的作用。nsp12是抗病毒抑制剂如瑞德西韦（Remdesivir）的主要靶标。2020年4月10日，中国科学院院士饶子和与清华大学的娄智勇、上海科技大学的王权等人解析了SARS-CoV-2全长nsp12与辅助因子nsp7和nsp8复合物的冷冻电镜结构，分辨率为0.29nm。此外，该研究发现，除了病毒聚合酶核心保守结构域外，nsp12在N-末端还有一个β-发夹结构域，这一结构域可能为揭示nsp12的生物学功能提供一个研究方向。该研究通过比较分析模型揭示了瑞德西韦与nsp12结合的内在机制，为设计针对nsp12的新型抗病毒治疗药物提供了研究基础。
研究人员将全长nsp12（残基S1-Q932）与nsp7（残基S1-Q83）和nsp8（残基A1-Q198）共同孵育后，经色谱柱层分析法分离、纯化复合物。经初步筛选后，研究人员获得了0.29nm分辨率的nsp12与nsp7-nsp8复合物的三维重建结构，为SARS-CoV-2完整结构的分析提供了结构信息。除了nsp12-nsp7-nsp8复合物外，研究人员还观察到了与nsp12-nsp8二聚体相对应的单颗粒类别，以及各个nsp12单体，但是这些没有给出原子分辨率的重建结构。nsp12的结构包含一个“右手”RdRp结构域（S367-F920）和一个独特的N-端延伸结构域（D60-R249）。两者通过接口结构域（A250-R369）连接。其中，RdRp结构域包含手指（Finger）亚结构域（残基S367-A581和K621-G679）、手掌亚（Palm）结构域（残基T582-P620和T680-Q815）和拇指亚（Thumb）结构域（残基H816-E920）。
nsp12结构域的活性位点由棕榈结构域中保守的聚合酶基序A-G形成，并像其他RNA聚合酶一样进行排列。富含残基（611-TPHLMGWDYPKCDRAM-626）的基序A又包含经典的二价阳离子结合残基D618。基序B位于680～710氨基酸区域内（TSSGDATTAYANSVFNICQAVTANVNALLST）。基序C（753-FSMMILSDDAVVCFN-767）在25个β链之间依次含有催化残基（759-SDD-761）。这些催化残基在大多数病毒聚合酶中也很保守，如HCV ns5b（317-GDD-319）和PV 3Dpol（327-GDD-329）中的第一个残基是丝氨酸或甘氨酸。基序D位于775～796（LVASIKNFKSVLYYQNNVFMSE）氨基酸区域内。基序E(810-HEFCSQHTMLV-820)形成两个紧密的环状。基序F(912-KKNQHGGLRE-921)形成连接两个反平行β链的有序环（β环）。基序G位于500～518氨基酸区域内（KSAGFPFNKWGKARLYYDS）。
在nsp12与RNA的组装过程中，RNA模板、引物入口通道、核苷三磷酸（NTP）进入通道及新生链出口通道均带正电且会聚在nsp12中央腔中。在中央腔中，nsp12基序介导RNA模板指导RNA的合成。NTP进入通道是由一组亲水残基形成的，包括基序F中的部分残基。RNA模板有望通过基序F和G夹持的凹槽进入由基序A和C组成的活性位点。基序E和“类拇指”亚结构域支持引物链。产物-模板杂合体通过聚合酶正面的RNA出口通道离开活性位点。
索氟布韦（Sofosbuvir）是靶向慢性C型肝炎（HCV）ns5b聚合酶的前药，已被批准用于治疗HCV的感染。它主要通过与HCV ns5b聚合酶的催化位点结合而起作用。鉴于瑞德西韦和索氟布韦都是核苷酸类似物且nsp12和HCV ns5b聚合酶之间的催化位点结构保守，研究人员基于索氟布韦与HCV ns5b聚合酶的结合重建瑞德西韦二磷酸与nsp12结合的模型。研究人员发现瑞德西韦保留了完整的核糖基团，它可以像天然底物一样利用氢键架构。此外，nsp12中的T680也可能与瑞德西韦的2'-羟基以及引入的天然NTP形成氢键。同时，基序F中V557的疏水侧链可能会与+1位置RNA模板尿苷碱基堆叠并稳定，并与进入的三磷酸瑞德西韦（ppp-remdesivir）碱基配对。
SARS-CoV-2在全球的迅速传播说明开发疫苗及治剂的必要性。nsp12作为新疗法中较为理想的靶标，主要是基于瑞德西韦对病毒复制的抑制效果。基于核苷类似物的结构相似性，该研究中探讨的瑞德西韦与nsp12的抑制机制也可能适用于其他此类药物或候选药物，如在临床试验中证明是有效的法匹拉韦（Favipiravir）。此外，该研究也为支持抗SARS-CoV-2混合药物的开发提供了参考意义。
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