新冠肺炎发生以来，全球科学家致力于寻找潜在的药物以治疗新冠患者，Mpro（水解酶）和Rdrp（RNA依赖RNA聚合酶）被认为是新冠病毒的两大重要靶点。饶子和院士团队在疫情发生以来通过与中科院上海药物所蒋华良院士团队、上海科技大学免疫化学研究所杨海涛等组成的新冠病毒应急公关团队就利用前期抗SARS药物研究积累的经验，开展抗2019-nCoV药物研究。攻关团队快速表达了2019-nCoV水解酶（Mpro）并获得了高分辨率晶体结构，在此基础上，联合小组综合利用虚拟筛选和酶学测试相结合的策略，重点针对已上市药物以及自建的“高成药性化合物数据库”和“药用植物来源化合物成分数据库”进行了药物筛选，迅速发现了30种可能对2019-nCoV有治疗作用的药物、活性天然产物和中药（详见此前1月25号BioArt报道：紧急攻关！丨中科院上海药物所/上科大联合研究团队发现一批可能对新型肺炎有治疗作用的老药和中药）。

在2020年1月26号，饶子和团队与国内外分享Mpro结构的原子坐标（涉及了300多所国内外高校科研院所、制药公司），2月5日由国际PDB数据库公开获取，“structure of month" (即二月份PDB库的“明星结构”）。

2020年4月9日，上海科技大学饶子和/杨海涛团队联合中科院上海药物所蒋华良团队以及清华大学、军事医学科学院、中科院武汉病毒所等单位的研究人员合作在Nature杂志在线发表了题为“Structure of Mpro from COVID-19 virus and discovery of its inhibitors”的论文，解析了新冠病毒水解酶Mpro的结构并基于该结构进行了药物筛选并利用了细胞实验评估了药物效果，发现了具有较强病毒抑制作用的小分子。该论文曾于3月10号公布在预印本杂志bioRxiv上。

新冠病毒基因组编码两个有重叠的多聚蛋白pp1a和pp1b，这些蛋白对于病毒的复制和蛋白翻译都是必须的，而这些蛋白的活性释放依赖于蛋白水解过程，参与到这个过程中的酶就是主要蛋白酶（Mpro，main protease），也称为3C样蛋白酶，它可以参与水解不少于11个保守位点，因此在人类基因组中没有同源类似物的情况下，Mpro被认为是重要的靶点。

首先，研究者们从大肠杆菌中表达纯化了约为33.8kDa的Mpro蛋白，并利用荧光共振能量转移（FRET）对蛋白活性进行了分析，紧接着通过计算机辅助药物设计技术和分子对接，分析了N3可能是Mpro蛋白的不可逆抑制剂。

然后作者们利用晶体衍射技术，获得了分辨率为2.1埃的N3与Mpro复合物结构，每个不对称单元有三个结构域构成，结构域I（残基201-303）和结构域II（残基102-184）具有反平行的β-桶形结构，结构域III（残基201-303）包含五个排列成大致反平行的球状的α螺旋簇，通过长环区域（残基185-200）连接到结构域II，在文章中也详细介绍了小分子与蛋白的结合方式。

冠状病毒Mpro的底物结合口袋

接下来，作者们给予结构进行了虚拟筛选和高通量筛选，通过筛选发现了7种潜在的药物，其中Disulfiram 和carmofur是FDA批准的药物，研究者们详细分析了药物的结合力和潜在潜力，最后作者们利用细胞实验评估了药物效果，ebselen和N3真是出了较强的病毒抑制作用（下图）。

总的来说，该工作详细地阐释了病毒Mpro蛋白与小分子抑制剂N3的结构，并从虚拟筛选获得了更多潜在药物，也从完整的体外实验和细胞水平证实了部分药物的抑制病毒的效果，这些都将助力人们对于新冠病毒的认知，也将推动未来的临床药物研发。

据悉，论文的通讯作者为上科大杨海涛教授、饶子和院士、中科院上海药物所蒋华良院士，军科院秦成峰研究员、中科院武汉病毒所石正丽和肖庚富研究员等参与了此项工作，5名共同第一作者分别来自上海科技大学、清华大学、中科院上海药物所、军科院微生物与流行病学研究所、中科院武汉病毒所。