近年來，嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(Severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV)和中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus, MERS-CoV)等高致病性HCoVs的出現(xiàn)，對人類的生命健康及社會的穩(wěn)定發(fā)展帶來了威脅，但目前臨床上尚無獲得批準(zhǔn)的特異性抗SARS-CoV和MERS-CoV感染的藥物。更為重要的是，自然界中廣泛存在的其他CoVs也可能通過跨種傳播感染人類。世界衛(wèi)生組織（WHO）近期提出要防御“Disease X”, 即由目前未知的病原體（包括新型冠狀病毒）引起的嚴(yán)重國際大流行的人類疾病。因此，探尋在各種HCoVs上均保守的藥物靶點(diǎn)，以及基于這些靶點(diǎn)研發(fā)廣譜、高效的抗HCoVs藥物成為本領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。該類研究也將為目前流行的HCoVs的防治和未來可能出現(xiàn)的新型HCoVs的防控提供解決方案和技術(shù)儲備。

陸路、姜世勃研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表于《自然·通訊》(Lu L et al., Nature Communications 5:3067, 2014)的前期相關(guān)工作中，成功研發(fā)了靶向于MERS-CoV S蛋白上HR1區(qū)域的多肽類融合抑制劑MERS-HR2P，可有效阻止MERS-CoV的感染過程。然而，盡管MERS-CoV和SARS-CoV同屬β類HCoVs，MERS-HR2P卻并不能有效抑制SARS-CoV的感染；同樣，針對于SARS-CoV HR1的多肽也無法有效地抑制MERS-CoV感染。此外，楊貝、Ian A.Wilson研究團(tuán)隊(duì)的前期已發(fā)表工作也揭示，α-HCoVs與β-HCoVs的HR1s區(qū)域展示出不同的長度，并具有不同的表面電荷分布特征(Yan L et al., Acta Crystallogr D Struct Biol. 74:841-51, 2018)，這一現(xiàn)象進(jìn)一步增加了不同HCoVs間HR1s區(qū)域的差異。因此，這些HR1s靶點(diǎn)是否具有足夠的保守性以支撐廣譜抗HCoV融合抑制劑的研發(fā)在領(lǐng)域內(nèi)一直存在爭議。

為解決該關(guān)鍵科學(xué)問題，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)建立了多個(gè)可模擬HCoVs感染過程的“細(xì)胞-細(xì)胞膜融合”系統(tǒng)，并通過交叉篩選的方式，發(fā)現(xiàn)一條具有廣譜抗HCoV活性的多肽OC43-HR2P。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)一步優(yōu)化序列，從而獲得一條溶解度更好、抑制活性更高的多肽EK1。多肽EK1在α-HCoVs 和β-HCoVs的假病毒和活病毒感染系統(tǒng)上均展示出廣譜且高效的抗病毒活性。

聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了多肽EK1與分別來源于α和β類等多個(gè)不同HCoVs的HR1s的共晶結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，EK1可通過大量保守而又廣泛的疏水及親水相互作用與不同HCoVs的HR1s區(qū)域結(jié)合。研究還發(fā)現(xiàn)，多肽EK1在與不同長度、不同理化特征的HR1s發(fā)生相互作用時(shí)具有很好的構(gòu)象可塑性與表面電荷包容性，從而保障其可廣譜地作用于α-HCoVs和β-HCoVs的HR1s區(qū)域。這些結(jié)果不僅從結(jié)構(gòu)上揭示了多肽EK1廣譜、高效抑制不同HCoVs感染的分子機(jī)制，同時(shí)也證明了HR1s在功能和結(jié)構(gòu)上具有獨(dú)特的保守性，可成為研發(fā)廣譜抗HCoVs藥物的重要靶點(diǎn)。

在上述研究的基礎(chǔ)上，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開展了多肽EK1在動物體內(nèi)抗病毒活性的研究。結(jié)果顯示，EK1在代表性病毒HCoV-OC43和MERS-CoV感染的小鼠模型上均展示出較好的體內(nèi)抗病毒效果，且該多肽在體內(nèi)具有較好的安全性和和較低的免疫原性，提示其具有良好的應(yīng)用前景，有被進(jìn)一步開發(fā)成為用于防治目前流行的多種HCoVs和應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的新型HCoVs的特異性藥物的潛力。

復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后夏帥、徐巍和上海科技大學(xué)博士研究生嚴(yán)磊為本文的共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)陸路、姜世勃及上?？萍即髮W(xué)楊貝、Ian A.Wilson為本文的共同通訊作者。本研究在復(fù)旦大學(xué)與上?？萍即髮W(xué)等兄弟院校的通力合作下完成，并得到了中國疾控預(yù)防控制中心教授譚文杰、美國德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部教授Chien-Te K. Tseng等學(xué)者的大力支持與幫助，受到了來自于國家十三五傳染病重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等基金的資助。

注：轉(zhuǎn)載自復(fù)旦大學(xué)新聞文化網(wǎng)

姜世勃研究團(tuán)隊(duì)科研文章欣賞：

“御敵于國門之外”——病毒入侵抑制劑的研究進(jìn)展

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