當地時間3月17日，生物醫學預印本平臺bioRxiv發佈了一項題為“Structure of RNA-dependent RNA polymerase from 2019-nCoV, a major antiviral drug target”（未經同行審議）的研究成果。中外多所高校的科研團隊率先在國際上成功解析了新型冠狀病毒RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）的結構。
RdRp是主要的抗病毒藥物靶點，也是當下被寄予很大希望的瑞德西韋等抗病毒藥物的主要靶標。作者們認為，這一研究將為開發針對新冠肺炎的藥物奠定重要基礎。
該文章的科研團隊包括：清華大學結構生物學實驗室、上海科技大學高級免疫化學研究所生命學院、南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、廣西大學亞熱帶農業生物保護利用國家重點實驗室、天津大學生命科學學院、中國科學院生物大分子研究中心，以及澳大利亞昆士蘭大學化學及太空分子生物學系等。
文章通訊作者為上海科技大學免疫化學研究所研究員王權，清華大學教授婁智勇，清華大學教授、上海科技大學特聘教授、中國科學院院士饒子和。
饒子和團隊在SARS（嚴重急性呼吸綜合徵）疫情暴發期間，是全球首個解析SARS病毒蛋白質（主要蛋白酶）三維結構的團隊。在此次新冠肺炎疫情中，饒子和院士/楊海濤教授團隊和蔣華良院士團隊合作，率先在國際上解析了首個新型冠狀病毒蛋白質（主要蛋白酶）與抑制劑複合物的高分辨率三維結構。
新冠病毒RdRp的冷凍電鏡結構
RdRp（也稱為nsp12）能夠催化病毒RNA的合成，是冠狀病毒複製/轉錄機制的關鍵組成部分，以RNA聚合酶為核心，病毒會利用其它輔助因子（如nsp7、nsp8等）進行自我複製。
值得一提的是，RdRp也是瑞德西韋等抗病毒藥物的主要靶標，當藥物進入人體，通過代謝後，其最終產物就直接靶向病毒的RNA聚合酶。
在收集和處理了7994份電鏡圖片後，研究人員解析了新型冠狀病毒全長nsp12與輔助因子nsp7和nsp8組成的複合物的冷凍電鏡三維空間結構，分辨率達2.9埃。
研究人員發現，除了病毒聚合酶家族聚合酶核心的保守結構和冠狀病毒RdRp中特有的NiRAN結構域外，nsp12在其N末端還有一個新發現的β-髮夾結構域（β-hairpin domain）。
新冠病毒nsp12-nsp7-nsp8複合體的結構
新冠病毒nsp12的結構包含一個“右手”（“right hand”）聚合酶結構域和一個包含有病毒RdRp相關的核苷酸轉移酶（NiRAN）的Nidovirus獨有的N端延伸域架構，它們通過接口域（A250-F369殘基）連接。
“右手”（“right hand”）聚合酶結構域呈現出病毒聚合酶家族的保守結構，由3個亞結構域組成，包括1個手指（fingers）亞結構域、1個手掌（palm）亞結構域和1個拇指（thumb）亞結構域。
在冷凍電鏡圖譜下，研究人員還構建了另外1個N末端的β-髮夾結構，它插入到由NiRAN結構域和RdRp結構域組成的手掌（palm）結構域鉗制的凹槽中。與SARS-CoV nsp7-nsp8對相似，新冠病毒nsp7-nsp8對也顯示出保守結構。
新冠病毒的N末端NiRAN結構域和β-髮夾結構
研究人員指出，儘管新冠病毒nsp12-nsp7-nsp8複合物的總體結構大體上與SARS冠狀病毒相似，但仍有一些關鍵特徵是不同的。
第一，冷凍電鏡圖譜使研究團隊能夠構建涵蓋幾乎所有殘基的2019-nCoV（2019新型冠狀病毒）的nsp12結構，從而首次深入瞭解了冠狀病毒RdRp的完整架構。SARS病毒nsp12的末端有7個帶有三鏈β-摺疊的螺旋，它們構成了NiRAN域。而在2019-nCoV中，殘基Y69-R118構成具有3個反平行β鏈和一個螺旋的附加結構嵌段，殘基N215-D218在nsp12中形成β鏈。
研究人員認為，該區域與鏈（殘基V96-A100）的接觸有助於使其穩定。最終，這四根鍊形成了緊湊的半β-桶形結構。
第二，通過冷凍電鏡圖譜，研究人員識別了新冠病毒中獨特的N末端β-髮夾結構。該結構插入由NiRAN域和RdRp域中的手掌子域夾住的凹槽中，並形成一組緊密接觸以穩定整體結構。
第三，與SARS病毒不同，研究人員在2019-nCoV nsp12對應位置中未觀察到被螯合的鋅離子。相反，圖像顯示C301-C306和C487-C645在結構中形成了二硫鍵。研究人員推斷，是不同的純化緩衝液、冷凍電鏡採樣和重建方法導致了這種差異。
瑞德西韋作用於2019-nCoV nsp12
瑞德西韋（GS-5734）是一款腺嘌呤類似物的藥物前體，由吉利德科學公司（Gilead Sciences）研發，尚未在全球在任何地方獲得許可或批准，據報道，在臨床上它可以抑制2019-nCoV增殖並具有治療患者的潛力。
但是，目前為止瑞德西韋如何精確靶向病毒RNA聚合酶的機制仍不明瞭，這成為了進一步開發更有效的抗病毒藥物的阻礙。
據此前《自然綜述·藥物發現》（Nature Reviews Drug Discovery）在線發表的COVID-19治療方案綜述文章，包括瑞德西韋在內的核苷類似物通常為腺嘌呤或鳥嘌呤的衍生物，它們能夠被RdRP使用合成RNA鏈，在包括人類冠狀病毒在內的多種RNA病毒中阻斷病毒RNA的合成。
瑞德西韋的結構與已經獲批的艾滋病病毒（HIV）逆轉錄酶抑制劑替諾福韋艾拉芬酰胺（tenofovir alafenamide）類似。瑞德西韋等鏈終止核苷酸類似物的功效需要通過識別病毒RdRps將抑制劑的活性形式摻入正在生長的RNA鏈中。
由於2019-nCoV和HCV（丙型肝炎）ns5b聚合酶之間在催化腔上的結構保守性，以及瑞德西韋和sofosbuvir（索非布韋，靶向HCV ns5b的藥物，已被批准用於治療慢性HCV感染）的可能相似的作用機理，研究團隊提出了瑞德西韋在2019-nCoV nsp12中的納入模型。
兩種藥物作用於2019-nCoV nsp12的納入模型，AB代表瑞德西韋，CD為索非布韋
研究人員發現，在2019-nCoV nsp12中，瑞德西韋的多個羥基可能與基序作用，此外，基序F中的1個側鏈可能會與進入的三磷酸瑞德西韋（ppp-remdesivir）進行鹼基配對。
在幾種人體細胞系中，瑞德西韋可以有效地代謝為活性核苷三磷酸。一項體外研究表明，核苷三磷酸與三磷酸腺苷形成聯合競爭，干擾病毒的RdRp，類似扮演延遲RNA鏈終止子的角色，避免病毒外核糖核酸酶的校正，並導致病毒RNA產量下降。
作者們在文章最後寫道，2019-nCoV在全球的迅速傳播強調了開發新的冠狀病毒疫苗和治療劑的必要性。新冠病毒聚合酶nsp12看起來是新療法的絕佳靶標，特別是考慮到瑞德西韋等抑制劑已經在研發過程中。
新冠病毒RdRP以及其他有希望的藥物靶標（例如主要蛋白酶），將支持抗冠狀病毒雞尾酒療法的開發，這些治療手段可以進一步被用於冠狀病毒廣譜抗病毒藥物的研發。
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