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以子之矛,攻子之盾!复旦大学研发出能抑制新冠病毒变异株的广谱抑制剂

以子之矛,攻子之盾!

复旦大学研发出能抑制新冠病毒

变异株的广谱抑制剂

由SARS-CoV-2引起的2019年新型冠状病毒肺炎(COVID-19)对全球公共卫生构成了前所未有的威胁。SARS-CoV-2在全球的持续传播导致出现了各种变异株,世卫组织根据传播能力和免疫逃逸能力,将这些变异株分级定义为感兴趣的变体(VOI,例如 Lambda)和受关注的变体(VOC,例如 Omicron)。其中,最近全球流行的VOC 毒株Omicron(B.1.1.529)在其S蛋白中含有32个突变,对当前的新冠疫苗和其他治疗方法表现出了显著的耐药性,因此急需开发针对这些VOC和VOI的更有效和更广谱的抗病毒药物。

2022年3月6日,复旦大学与南方医科大学合作在MDPI旗下杂志《viruses》发表文章:A Five-Helix-Based SARS-CoV-2 Fusion Inhibitor Targeting Heptad Repeat 2 Domain against SARS-CoV-2 and Its Variants of Concern。在这项研究中,研究者巧妙地运用中国古代“以子之矛,攻子之盾”的道理,构建了一种取自于SARS-CoV-2自身肽的融合抑制剂,表示为5-螺旋。该抑制剂可阻断病毒HR1和HR2结构域之间的同源6螺旋束(6-HB)形成,从而阻断病毒-细胞融合,有效抑制了SARS-CoV-2及其VOC假病毒的感染,包括Delta和Omicron变体。5-螺旋还可抑制SARS-CoV-2野生型(nCoV-SH01)毒株及其Delta变体真病毒的感染。

为什么新冠病毒对疫苗抗体容易免疫逃逸?

通常,SARS-CoV-2的S蛋白分为S1和S2两个亚基。S1亚基中的功能域(例如RBD)是开发中和抗体疗法和疫苗的最重要靶点,但也因为它们存在与病毒天然构象中的表面,暴露于宿主免疫系统,因此也容易发生自然突变。这就是为什么Omicron这种变异株对大多数靶向RBD的中和抗体具有如此强的抵抗力。

 

S2亚基具有很高的遗传屏障

 

SARS-CoV-2刺突(S)蛋白的S2亚基中有这段称为七肽重复序列1(HR1)和2(HR2)的功能域在形成六螺旋束(6-HB)融合核心和介导病毒进入宿主细胞方面起着关键作用。

S2亚基的大部分在天然构象中被S1亚基屏蔽,因此,S2在大多数情况下既不能诱导抗体也不能被抗体识别,突变的机会较小。S2亚基中的HR1和HR2结构域仅在S1中的RBD与靶细胞的ACE2受体结合后立即短暂暴露几分钟。即使在融合中间状态下,分子量为150 kDa的抗体IgG仍无法进入HR1和HR2结构域,其对>40 kDa的分子具有空间位阻排除。因此,HR1和HR2结构域是冠状病毒S蛋白中最保守的区域。因此,靶向HR1和HR2结构域的抗病毒药物预计对耐药性具有很高的遗传屏障。

 

以子之矛攻子之盾

 

值得一提的是,研究者先前已经确定了一系列针对各种病毒的基于肽的融合/进入抑制剂,例如:靶向HIV-1(SJ-2176)、SARS-CoV(SC-1)、MERS-CoV(MERS-HR2P)、HCoV-OC43(OC43-HR2P)和SARS-CoV-2(2019-nCoV-HR2P)的HR1结构域,以及泛CoV,包括EK1,EK1C4和EKL1C。

尽管HR2具有比HR1更保守的序列,然而到目前为止,还没有靶向SARS-CoV-2 S蛋白HR2肽的报道。考虑到HR2结构域的氨基酸序列比HR1的氨基酸序列更保守,因此HR2应该是开发广谱HCoV融合/进入抑制剂的更好靶标。

因此,在本研究中,研究者设计并构建了来自SARS-CoV-2 S2亚基HR1和HR2区域的3个HR1和2个HR2部分组成的5-螺旋蛋白。该5-螺旋蛋白显示出具有高α螺旋度的螺旋结构,并且Tm值~52°C。可与SARS-CoV-2 HR2P肽结合,具有高亲和力(KD= 17.3 nM)。在竞争实验中,研究发现5-螺旋可以与SARS-CoV-2的HR2肽相互作用形成6-HB,从而有效抑制了SARS-CoV-2的HR1和HR2之间6-HB的形成,并抑制了SARS-CoV-2及其变种感染细胞。

5-螺旋对SARS-CoV-2 S介导的病毒-细胞融合非常有效,并且它抑制了SARS-CoV-2 WT(D614G)和5个VOC假病毒的感染,包括α,β,Gamma,Delta和Omicron变体以及一个VOI(Lambda变体)。它对野生型SARS-CoV-2 (nCoV-SH01)和Delta变体真病毒感染也几乎同样有效。

研究结果表明5-螺旋不仅能够有效针对野生型SARS-CoV-2,对其各种突变株也同样有效。考虑到新冠病毒在全球的持续流行和变异,该融合抑制剂可以进一步开发为针对SARS-CoV-2及其变异株感染的治疗或预防药物。

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2022-04-01 16:00:26