截至 2021 年 12 月，全球已接种超过 80 亿剂 2019 冠状病毒病 (COVID-19) 疫苗，其中包括约 2.17 亿剂“加强针”。这些疫苗的主要靶点是所谓的“刺突”蛋白（即 S 蛋白），这是一种至关重要的病毒蛋白，在病毒入侵宿主细胞的过程中起着关键作用。
尽管疫苗至关重要，但 COVID-19 疗法的开发表明，固有无序蛋白质可能在病理过程中发挥关键作用。长期以来，生物学家认为每种蛋白质的氨基酸序列决定了其三维结构，进而决定了其功能。然而，有一大类蛋白质和区域缺乏固定的或有序的 3D 结构，但它们仍表现出重要的生物活性——即所谓的固有无序蛋白质和区域（图 1）。
这种蛋白质无序性编码在氨基酸序列中，并广泛存在于所有生物体和病毒中。深入了解 SARS-CoV-2 蛋白质特征中这些值得注意的区域，有望加快 COVID-19 治疗药物的开发进程。
固有无序蛋白质示例
在生命的三大域中，都可以观察到蛋白质中“固有无序蛋白质”(IDPs) 或“固有无序区域”(IDPRs) 的自然变异性。它们与酶催化、变构调节、细胞信号传导、转录等重要过程密切相关。
然而，它们也在疾病中发挥作用，包括神经退行性疾病、糖尿病、心血管疾病、淀粉样变性、遗传性疾病和癌症。此外，病毒蛋白通常包含此类区域，这些区域与毒力相关，因为它们赋予了病毒蛋白与宿主蛋白质进行广泛且非特异性结合的能力。
自 2000 年以来，蛋白质科学界对 IDPs/IDPRs 的兴趣与日俱增，正如 CAS 内容合集TM（图 2）中的搜索结果所示，人们正开始探索它们在药物设计（包括 COVID-19 药物设计）中的作用。
SARS-CoV-2 中的固有无序蛋白质
SARS-CoV-2 形成的病毒体包含其基因组 RNA，并包裹在一个包含以下成分的颗粒中：S 蛋白（对进入宿主细胞至关重要）；促进病毒组装的膜 (M) 蛋白；离子通道小包膜 (E) 蛋白；以及与病毒 RNA 组装形成核衣壳的核衣壳 (N) 蛋白（图 3）。
IDPs/IDPRs 在 SARS-CoV-2 蛋白质组中并不常见。事实上，SARS-CoV-2 蛋白质组表现出显著的结构有序性——除了核衣壳 (N) 蛋白外，SARS-CoV-2 蛋白质均为高度有序的蛋白质，仅包含少量固有无序蛋白质区域。然而值得注意的是，现有的无序区域对病毒的功能和毒力有显著贡献，因此是抗病毒药物发现的理想药物靶点；这种方法已被证明在识别新候选药物方面具有重要价值。
核衣壳 (N) 蛋白
RNA 结合 N 蛋白 可稳定病毒颗粒内的基因组 RNA，并调节病毒基因组的转录、复制和包装。N 蛋白具有高度无序性，其 预测的内在无序度平均约为 65%。这些无序区域对于维持核衣壳的结构至关重要，因此可作为药物设计的靶点。N 蛋白内的无序区域似乎还能通过一种称为“液-液相分离”的过程促进蛋白聚集，这可能是 破坏应激颗粒自然形成 的一种方式，而应激颗粒在宿主细胞免疫中发挥着重要作用。因此，干扰 N 蛋白的液-液相分离过程有望成为抗病毒干预手段，并 为开发抗击 COVID-19 的药物提供了新的靶点和策略。
刺突 (S) 蛋白
S 蛋白像皇冠一样装饰着病毒表面。它对于病毒进入宿主细胞至关重要（图 4），因此已成为 COVID-19 疫苗开发中常用的药物靶点。作为感染的初始步骤，受体结合和膜融合均与 显著的内在无序 区域相关。
对 S 蛋白的分析表明，与 S 蛋白成熟相关的两个 S 亚基切割位点以及 S 融合肽均 与内在无序蛋白区域 (IDPR) 相关。考虑到蛋白水解在非结构化区域比在结构化区域进行得更快，SARS-CoV-2 S 蛋白的这种结构特异性可能具有 重要的功能意义。
在 SARS-CoV-2 病毒感染过程中，可以在刺突蛋白与 ACE2 受体（人体组织中病毒结合的受体）的界面处检测到 IDPR。刺突蛋白的关键残基 对 ACE2 具有很强的结合亲和力，这很可能是 SARS-CoV-2 具有高传播性的原因之一。
因此，受体结合和膜融合作为 冠状病毒感染的初始且关键的步骤，均与 S 蛋白中显著的内在无序区域有关。它们是抑制 SARS-CoV-2 感染的主要靶点。
膜 (M) 蛋白
M 蛋白是一种主要的跨膜蛋白，在病毒颗粒中大量存在。SARS-CoV-2 拥有冠状病毒中最坚硬的保护性外壳之一，这可能与其 M 蛋白较低的内在无序度（6%）有关，并 可能是该病毒具有高韧性和高传播性的原因。事实上，研究表明 各种病毒的毒力与其 M 蛋白的内在无序百分比之间存在相关性，无序度较低的 M 蛋白通常与传染性更强的病毒相关。
未来展望：药物设计的前沿
全球范围内新型病毒的出现及相关流行病目前已成为主要关注点。因此，了解病毒蛋白的结构和功能对于识别预防和治疗疾病的新型治疗靶点具有重要意义。
在 我们发表于《ACS 传染病》的同行评审论文中，我们总结了有关 SARS-CoV-2 蛋白质组中内在无序现象的现有信息。事实上，人们已经认识到 SARS-CoV-2 蛋白质组表现出相当高的结构有序性——只有 N 蛋白具有高度无序性。尽管其他 SARS-CoV-2 蛋白的无序程度较低，但它们现有的 IDPR 对病毒的功能和毒力有显著贡献，是抗病毒药物设计的理想靶点。
IDP 广泛存在 且 具有许多关键的生物学功能，这些功能与有序蛋白的功能相辅相成。然而，当发生功能障碍（如错误表达、错误加工或错误调节）时，IDP/IDPR 往往会参与不良相互作用，并卷入 各种病理状态的发展。事实上，许多与神经退行性疾病、糖尿病、心血管疾病、淀粉样变性和遗传性疾病相关的蛋白，以及大多数与人类癌症相关的蛋白，要么是 IDP，要么包含长 IDPR。
尽管结构生物学技术可用于药物开发，但传统的理性药物设计实践 往往忽视了靶蛋白中内在无序性的存在。了解 SARS-CoV-2 及其他致病蛋白质组中这些区域的结构，显然将极大地促进 COVID-19 及其他疾病的药物开发，并不断拓展药物设计的边界。
