EV71病毒复制机制及抗病毒抑制剂研究

Enterovirus 71 (EV71) is one of the major etiological agents of Human Hand-Foot-Mouth Disease (HFMD) in the Asia-Pacific region. EV71 causes severe aseptic meningitis, myocarditis, and pulmonary edema, which show strong infection and lead to high fatality rates. EV71 belongs to the Enterovirus genus, possesses a single-stranded positive sense RNA genome. The genome replication process needs viral 3CD, RNA and host proteins PABP1, PCBP2 to form replication complex, which plays an extremely important role in virus life cycle. Virus replication process is hotspot issues of virology research. In this project, we aim to illuminate the molecular mechanisms of virus-host proteins interaction, initiation of RNA replication and elongation by solving the structure of replication complex, and find new target and antiviral approach. Design anti-EV71 inhibitors based on virus 3C main proteinase, expound the molecular mechanism of inhibitors, discover antiviral lead compounds, optimize the pharmaceutical characteristics, and eventually find the potential lead drugs. This study provides an significance method and guidance for HFMD clinical therapy.

肠道病毒71型（EV71）是引起亚洲-太平洋地区流行的手足口病的主要病原体，EV71病毒可以引起无菌性脑膜炎、心肌炎、肺水肿等症状，传染性强，重症患者极易死亡。EV71属于小RNA病毒科，基因组为单股正链RNA，其基因组复制过程需要病毒蛋白3CD、RNA和宿主蛋白PABP1、PCBP2形成复制复合体，该过程在病毒生命周期中发挥极其重要的作用，也是病毒学研究的热点问题。本项目通过对EV71病毒复制复合体的结构解析，阐明复制复合体各组分之间相互结合方式、RNA复制起始与延伸的分子机制，发现抑制病毒的有效靶点和新方法。同时以病毒复制中的主蛋白酶3C为靶点，设计针对EV71病毒的高效抑制剂，阐明化合物发挥抑制作用的分子机制，优化其药学特性，发现新型抗病毒先导化合物，最终发现具有开展临床实验潜力的先导药物，为手足口病的临床治疗工作提供重要的方法和指导。

手足口病（Hand, Foot and Mouth Disease，HFMD）主要感染五岁以下婴幼儿和其他免疫功能不健全的人群。EV71是引起手足口病的主要病毒，该病毒属于小RNA病毒科（Picoranviridae family）肠道病毒属（Enterovirus genus），是一种典型的单股正链RNA病毒。EV71病毒基因组全长为7.5 kb，翻译出的多聚蛋白经3C蛋白酶水解成4个结构蛋白VP1、VP2、VP3和VP4和7个非结构蛋白2A、2B、2C、3A、3B（VPg）、3C和3D。病毒的半胱氨酸蛋白酶3C以其在病毒生命周期中的重要作用，成为药物研发的首选靶点。本项目在前期研究基础上，对具有高活性和选择性的氰醇类抑制剂(R)-1进行优化，提高其在血浆中的稳定性和半衰期。优化生成的新型4-亚胺噁唑烷-2-酮类化合物稳定性和半衰期得到显著提高，该化合物可以作为氰醇的生物电子等排体用于药物设计，有效避免不稳定性以及潜在毒性问题。传统迈克尔受体作为一类常见的亲电反应基团，由于其不可逆的共价结合模式，带来了潜在的毒性问题。本项目开发出了一系列双重活化的迈克尔受体，氰基与不同的羰基官能团的组合使得这种新型迈克尔受体的活性和选择性大幅度提高。同时硫醇加成复合物α-质子显著提高的酸性使其具备逆向解离的潜力，绕过了传统迈克尔受体由于不可逆性所带来的潜在毒性。上述两类化合物通过病毒学与生化实验验证了具有广谱的抗手足口病病毒的作用，为治疗手足口病的药物研发提供了指导。在病毒生命周期中，宿主蛋白发挥了重要作用，传统的研究更侧重于宿主细胞如何抵御病毒的感染，本研究从宿主蛋白如何帮助病毒进行复制角度出发，利用活性蛋白质组学ABPP技术，发现了EV71病毒感染过程中宿主蛋白如何帮助病毒进行复制，该方法不仅可以发现新的宿主蛋白，也可以发现宿主蛋白的新功能，并广泛的用于病毒与宿主的研究中。