冠状病毒是一类外表面镶嵌有刺突蛋白的有包膜RNA病毒，由α、β、γ和δ四个属组成，其中7种冠状病毒被发现可感染人，3种冠状病毒在人类历史上引发过疫情，分别是2002年爆发的非典型肺炎病毒（SARS-CoV）疫情、2012年底爆发的中东呼吸综合征病毒（MERS-CoV）疫情、以及2019年底爆发的新型冠状病毒（SARS-CoV-2）疫情。据世界卫生组织统计，截至2025年4月，全球感染新冠病毒人数已超过7亿人，死亡人数超700万人。尽管新冠病毒目前已进入常态化流行，但冠状病毒因其种类繁多、宿主广泛、基因易变，对人类健康构成严重威胁，迫切需要储备广谱抗病毒药物。
华东师范大学药学院/人工智能新药创智中心李洪林教授团队、香港中文大学杜洋研究员团队、武汉大学徐可教授团队联合攻关，于2025年4月26日在国际学术期刊《Advanced Science》报道了一种名为“S416”的新型两亲性小分子化合物，通过靶向冠状病毒刺突蛋白三聚体结构中的保守构象，将刺突蛋白锁定在闭合状态，并阻断在细胞之外，有望解决病毒变异逃逸的药物研发难题。研究论文的题目为“Dual-Locking the SARS-CoV-2 Spike Trimer: An Amphipathic Molecular ‘Bolt’ Stabilizes Conserved Druggable Interfaces for Coronavirus Inhibition”。
研究团队成功解析了新型两亲性小分子S416的抗病毒机制——这种仿生设计的智能“分子螺栓”通过协同结合刺突蛋白三聚体界面的两个变构位点发挥双重锁扣效应，将新冠病毒刺突蛋白强力锚定于非活化的关闭构象，形成受体结合域“全封闭锁”（图1）。该化合物可完全阻断刺突蛋白与ACE2受体的互作界面，作用位点在SARS-CoV、MERS-CoV等β属冠状病毒中高度保守，为开发克服病毒逃逸的广谱抗冠状病毒药物提供了一种全新的技术路径。
图1 分子“螺栓”的双重锁定机制
新冠病毒表面的刺突蛋白是由同源三聚体构成的，其需要从“关闭”（down）构象转变为“开放”（up）构象，才能结合人体细胞表面的ACE2受体，介导病毒进入细胞。研究团队通过理性设计策略筛选出新型噻唑骨架化合物S416，其独特的极性头基-疏水尾链两亲性结构，可以精准模拟天然蛋白相互作用，锁死刺突蛋白三聚体中3个受体结合结构域（RBD）之间的分子间构象（图2 A-B）。更有趣的是，在同一个单体内部，S416可以进一步结合在N端结构域（NTD）和RBD之间，形成分子内双重锁结构。结合S416的刺突蛋白被锁定在全RBD向下构象（3 RBD-down），电镜分析中未检测到开放态粒子（图2 C-D）。分子动力学模拟显示，S416结合后刺突蛋白整体刚性增强，关键受体结合基序（RBM）的原子波动性显著降低，病毒入侵细胞受阻。
图2 S416分子螺栓特异性靶向新冠病毒刺突蛋白
通过2.95 Å冷冻电镜结构（PDB 9LVS），团队捕获到了"双重锁扣"作用原理。每个S416分子同时楔入①相邻RBD结构域间的疏水腔（单体间界面）与②NTD-RBD电荷互补区（单体内界面），形成几何对称的六螺栓式拓扑锁定，导致刺突三聚体整体结构变得更紧凑（相比Apo状态，①整体尺寸减小：高度从91.1 Å减至86.7 Å，宽度从84.7 Å减至83.1 Å；②结构域向中心轴收紧：RBD核心距中心轴缩短约12 Å，NTD核心距中心轴缩短约6 Å）（图3）。
图3 冷冻电镜解析揭示S416介导的刺突蛋白六螺栓式拓扑锁定
氨基酸序列比对发现，S416与刺突蛋白的结合基序具有高度的保守性和结构相似性，这也符合不同冠状病毒刺突蛋白都需要相似的三聚体构象介导病毒入侵的基本原则（图4 A-H）。感染实验也证实S416能高效结合SARS-CoV、MERS-CoV、hCoV-OC43等多种冠状病毒的刺突蛋白，并能抑制野生型新冠病毒及奥密克戎XBB、EG.5亚变体的感染和细胞融合（图4 I-K）。
图4 S416作用位点在多种冠状病毒中高度保守
总之，S416与刺突蛋白特异性结合揭示了两个全新的广谱药物靶点，即刺突蛋白三聚体每个单体之间的RBD-RBD结构，以及每个单体内部的RBD-NTD结构，通过闭锁这些需要变构的结构域，可以达到阻止病毒结合细胞受体的功效，在病毒入侵的“第一步”就阻断病毒。药代动力学数据显示，该分子具备76.28%的口服生物利用度，急性毒性试验中未观察到显著器官病理损伤（最高剂量500 mg/kg），具备开发成广谱抗病毒药物的潜力。这项研究成果表明，中国研发团队具备从药物设计、靶点发现、结构解析到药效验证的全链条候选新药开发能力。
华东师范大学药学院/人工智能新药创智中心李诗良教授，香港中文大学（深圳）医学院叶芳博士，武汉大学生命科学学院博士生郑雨澄，华东理工大学药学院博士生王洁，海军军医大学彭浩然博士为本文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金“基于冠状病毒感染与致病共性机制的创新药物研究”指南引导类原创探索计划项目（82150208），及其他国家自然科学基金（82425104，82341056，82272307，32300138）和国家重点研发计划（2022YFC3400500，2023YFC2307800）等项目资助。