新发突发传染病指严重影响社会稳定、对人类健康构成重大威胁,需要对其采取紧急处理措施的新发生的急性传染病和不明原因疾病等。近20年来,随着生物多样性的变化,越来越多的突发传染病在全球范围内流行并反复出现,造成了巨大的生命和财产损失。在我国,近些年发生了数次病毒源性或细菌源性的突发传染病事件。如何找到行之有效的对抗这些高侵染性致病原的手段,是目前亟需解决的问题。那些病原特有的蛋白酶是非常理想的药物靶点。　　 手足口病(HFMD)为一种病毒源性的突发传染病。截至目前,既没有有效的治疗手段,也没有有效的预防手段来对抗HFMD。在亚洲乃至全世界,HFMD已经成为严重的公共健康安全隐患。肠病毒71(enterovirus71,EV71)和科萨奇病毒A16(coxsackievirus A16,CVA16)是最常见的引起手足口病的致病原。两种病毒均编码一个3C蛋白酶,在病毒的复制和装配中发挥着重要作用。因此3C蛋白酶可以作为很好的药物靶标。卢平曲韦(Rupintrivir)是鼻病毒(humanrhinovirus,HRV)3C蛋白酶的特异性小分子抑制剂。该化合物也被建议用作EV71和CVA16所引起感染的潜在治疗药物。但在细胞水平的研究表明Rupintrivir对于EV71和CVA16的抑制活性比对HRV的抑制活性低近两个数量级。截至目前,Rupintrivir对EV71/CVA16低抑制力的分子基础尚不清楚。我们利用生物化学、定点突变、结构生物学等手段,对EV71和CVA16病毒的3C蛋白酶进行了细致的研究。首先,我们得到了一系列高分辨率的3C蛋白酶自身或蛋白酶与底物复合物的晶体结构。这些结构,辅以体外多肽的切割特异性实验分析,很好的解释了两3C蛋白酶对P4-、P1-和P1’-氨基酸类型的偏好性,以及对P2-氨基酸的包容性。我们还进一步解析了两蛋白酶与Rupintrivir的复合物晶体结构,从而揭示了Rupintrivir对EV71/CVAl6低抑制活性的结构基础。EV71和CVA163C蛋白酶的S2底物结合位点均为一个半封闭的口袋,同时其S1’底物结合位点的容积均显著减小,这些结构特征极大的限制了Rupintrivir的P1’-基团对酶蛋白分子的接触和结合。基于此,我们提出了对Rupintrivir的改造策略。我们预期改造后的化合物将具有更好、更特异的EV71/CVA163C抑制活性。对两个蛋白酶的细致研究和分析也为我们今后抗手足口病药物的合理设计指出了方向。　　 猪繁殖与呼吸综合征(prcine reproductive and respiratory syndrome,PRRS)是另一类病毒源性的突发传染病。该病由猪繁殖与呼吸综合征病毒(porcinereproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)引起。虽然PRRSV病毒并不感染人类,但该致病原可以对养猪业造成巨大的经济损失。2006年在我国发生的非典型性PRRSV感染导致了超过四十万头猪的死亡。目前,只有非常有限的疫苗可以用来预防PRRSV,但其效果和覆盖范围都远不能满足需要。在PRRSV病毒中,由自身编码的蛋白酶对病毒多聚蛋白前体进行加工是病毒复制过程中非常关键的步骤之一。通过生物信息学手段,我们预测病毒的非结构蛋白4(nonstructural protein4,nsp4)是一个3C样丝氨酸蛋白酶(3C like serine protease,3CLSP),负责绝大多数非结构蛋白间接合序列的切割。为验证这一预测,我们首先解析了PRRSV nsp4的晶体结构。该蛋白为单体,包含三个结构域。其活性中心位于结构域Ⅰ和结构域Ⅱ之间的狭槽内,由Ser118,His39和Asp64组成,共同形成典型的催化三联体。PRRSV nsp4的晶体结构还具有一个非典型的氧阴离子坑和一个部分塌陷的S1底物结合位点。我们还在体外检测了该病毒蛋白的切割活性。结果显示,有三个病毒非结构蛋白间的接合序列可以被切割。其中,nsp3/nsp4和nsp11/nsp12两接合序列被反式切割,而nsp4/nsp5间的序列通过顺式加工完成。综上,我们第一次从结构上和功能上证实了PRRSV nsp4为功能性的3CLSP。这些工作必然会对以该病毒蛋白酶为靶点的药物设计提供帮助。　　 2型猪链球菌(Streptococcus suis serotype2,S.suis2)是一种人畜共患病病原。临床上可引起脑膜炎、败血症、关节炎等,甚至导致死亡。在1998年和2005年,我国发生了以严重的中毒性休克综合征为主要临床征候的S.suis2感染流行,引起了全世界的关注。对一株05年强毒分离株(05ZYH33)的全基因组序列分析表明,该菌株内含有若干sortaseC编码基因。sortaseC是一类膜锚定的转肽酶,专职于将菌毛亚基装配成纤维状的菌毛结构。菌毛是革兰氏阳性致病菌重要的毒力因子之一,在细菌的致病性中发挥着重要作用。因此,sortaseC间接的参与或影响细菌的毒力。能够抑制sortaseC活性的化合物可以减弱致病菌的毒力,因而可以用于临床治疗的辅助药物。截至目前,若干sortaseC的晶体结构已被解析,这些结构中均存在一长的loop区,覆盖在酶蛋白的底物结合槽之上,如“盖子”般将其底物结合槽封闭。目前这一“盖子”如何开启仍然未知。此处,我们解析了猪链球菌05ZYH33中一个sortaseC的晶体结构。我们将该酶蛋白命名为sortaseCl_suis。我们惊奇的发现,这一“盖子”区域在我们的结构中形成一个长的α-螺旋而远离底物结合槽,使得sortaseCl_suis的底物结合槽完全开放。这是到目前为止唯一一个呈现开放构象的sortaseC结构。这一结构的解析将有利于我们进一步揭示sortaseC的催化机制,进而为抑制剂筛选提供基础。