武汉病毒所与南开大学、天津国际生物医药联合研究院联合筛选得到沙粒病毒入侵抑制剂

  • 研究生处 (中国科学院武汉病毒研究所)
  • 创建于 2019-01-15
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  近日,中国科学院武汉病毒研究所/病毒学国家重点实验室肖庚富研究组与南开大学药学院、天津国际生物医药联合研究院共同在Protein & Cell(《蛋白质与细胞》)杂志上发表题为“Structure-Activity Relationship Optimization for Lassa Virus Fusion Inhibitors Targeting the Transmembrane Domain of GP2”(靶向拉沙病毒GP2跨膜区融合抑制剂的构效关系优化及其机制研究,链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-018-0604-x)的研究论文。该研究成功筛选得到阻断四级病原拉沙病毒(Lassa virus, LASV)入侵的抑制剂:化合物21、29、57、72;并对其作用机制进行了详细阐述。

  LASV属沙粒病毒科(Arenaviridae),哺乳类沙粒病毒属(Mammarenavirus),引发烈性传染病拉沙热,被美国疾控中心归类为A类生物恐怖病原(Category A bioterrorism agent)。LASV的天然宿主是啮齿类多乳鼠,人主要通过接触含有病毒的动物排泄物或气溶胶感染,人与人之间也会发生相互传播。LASV主要在西非地区流行,每年约 30 万-50 万人感染,在住院患者中的致死率最高可达 70%,幸存者往往也会伴有耳聋等严重后遗症。在今年年初,尼日利亚爆发了该国史上最严重的一次拉沙热疫情,从1月1日到4月29日,已有420 人确认感染拉沙热,114人死亡。了解LASV的致病机制,发展针对LASV的治疗手段非常必要。目前还没有 FDA 批准的针对 LASV 的特效药物和疫苗,治疗手段仅限于在感染早期使用广谱抗病毒药物利巴韦林,因此迫切需要研发高效、特异的抗LASV药物。

  病毒入侵是病毒生命周期的第一步,是抗病毒药物设计的重要靶点之一。我们构建了以水泡性口炎病毒(VSV)为骨架、囊膜蛋白为 LASV 囊膜糖蛋白 GPC(glycoprotein complex)的假型病毒(LASVpv)和重组病毒(LASVrv),LASVpv和LASVrv由于囊膜蛋白与LASV 相同,因此可以在生物安全二级的条件下模拟 LASV 的入侵过程。由于其携带报告基因,可用于高通量筛选实验。

  我们通过对已报道的由SIGA公司筛选的LASV特异性进入型抑制剂ST-161进行构效关系优化,得到72种衍生物。通过在不同细胞上进行LASVpv和LASVrv抗病毒实验鉴定出四种SI最优的LASV进入抑制剂:化合物21、29、57、72,其IC50分别为18.92 pM、189 pM、0.2784pM。令人惊喜的发现,化合物57对沙粒病毒科其他四级病原也有显著的抑制效果,其中对Junín virus (JUNV)、Sabiá virus (SABV)、Chapare virus (CHAPV)的抑制水平达到nM级;对Guanarito virus (GTOV)和Machupo virus (MACV)的抑制水平更是达到pM级,有望成为沙粒病毒的广谱性抑制剂。

  为进一步的探索四种化合物的作用机制,我们通过膜融合实验,证明四种化合物均能显著的抑制LASV GPC介导的膜融合。且发现化合物57也能显著的抑制JUNV/SABV/CHAPV/GTOV/MACV GPC介导的膜融合,从而抑制病毒的进入。接着通过LASV病毒耐药株筛选,发现抑制剂21的耐药点突变是GP2跨膜区(TM)的第428位的亮氨酸(L)突变为丝氨酸(L428S),抑制剂29、57、72的耐药点突变是GP2 TM的第446位的苯丙氨酸(F)突变为亮氨酸(F446L)。研究发现L428S和F446L及其联合突变假病毒对四种抑制剂均有显著的耐药效果。

  我们发现耐药点突变L428S和F446L都是位于GP2 TM α螺旋的同一侧,因此,我们猜想GP2 TM存在药物的耐药性/敏感性界面,接下来我们对GP2 TM进行丙氨酸扫描膜融合实验并通过化合物29鉴定其敏感性,结果发现GP2 TM α螺旋针对化合物29明显的划分为耐药性/敏感性界面。(图2)

  我们实验证明四种化合物可以显著的抑制LASV的进入,相比于ST-161,显著的提高了抗病毒效果,并具有广谱的抗病毒活性。其作用机制是通过作用于SSP与GP2的相互作用界面,稳定GPC融合前的构象,抑制膜融合而达到抗病毒的效果。以上研究为沙粒病毒的暴发流行提供了药物储备,为抗沙粒病毒的药物研发提供了理论依据与优化策略。

  南开大学与武汉病毒所联合培养硕士研究生张光顺为本文第一作者,武汉病毒所副研究员王薇为通讯作者。

图1 四种化合物抗沙粒病毒效果

图2 LASV-GP2 TM的抑制剂敏感性/耐药性界面

 

责任编辑:黄巧