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新冠防治迎重要进展,Nature发布大型SARS-CoV-2蛋白互作图谱

发布时间: 2020-05-29
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截至目前,新型冠状病毒SARS-CoV-2在全球已造成超过400万人感染,累计死亡病例超27万例,引起全球社会和经济的巨大混乱。对于疫情的控制还没有已证实临床疗效的抗病毒药物,也缺乏控制该疾病的疫苗。理解新冠病毒感染人类细胞的分子机制,寻找适用的药物,对于疫情的防控至关重要。

近日,由加州大学旧金山分校(UCSF)Nevan Krogan教授领衔的合作研究团队系统研究了新冠病毒蛋白与人类蛋白的相互作用,确定了332个具有高置信度的病毒互作关系,其中有69种可通过已有的药物进行靶向针对。研究结果无论对基于现有药物“老药新用”治疗新冠肺炎,或是指明新药研发方向,都有重要的意义。该研究成果于4月30日在国际顶级学术期刊Nature发表。

新冠防治迎重要进展,Nature发布大型SARS-CoV-2蛋白互作图谱

研究人员首先克隆、标记和表达了29种新冠病毒蛋白中的26种蛋白,并利用亲和纯化质谱(AP-MS)鉴定了与每种蛋白相互作用的人类蛋白,鉴定了332种高度可信的新冠病毒-人类蛋白相互作用(PPI)。确定了69种针对可用药的人体蛋白或宿主因子。对这些宿主因子靶向剂的进一步研究,包括他们与直接针对病毒酶的药物的结合,可能会促成一种治疗冠状病毒的有效方案。

新冠防治迎重要进展,Nature发布大型SARS-CoV-2蛋白互作图谱

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图1 SARS-CoV-2与人类蛋白相互作用蛋白质谱鉴定流程

对于每种SARS-CoV-2病毒蛋白,研究人员进行了基因本体论富集分析,发现SARS-CoV-2病毒蛋白在人体中连接到广泛的细胞生物学过程,包括:DNA复制、表观遗传和基因表达调控、囊泡运输、脂质修饰、RNA加工和调控、泛素化调控、信号转导、核转运机制、细胞骨架、线粒体以及细胞外基质等,约40%蛋白互作蛋白与内室或囊泡转运途径有关。

同时,一些先天免疫信号蛋白和宿主细胞翻译过程中的关键蛋白也是SARS-CoV-2病毒蛋白的靶点,包括IFN 通路、NF-κB 通路。除此之外,值得关注的是病毒通常劫持泛素化途径进行复制和致病。SARS-CoV-2互作蛋白中新发现的Orf10与E3连接酶复合物成员相互作用,特别是CUL2ZYG11B复合物。调节抗病毒天然免疫信号的另外两种 E3 泛素连接酶 TRIM59 和 MIB1 分别与 Orf3a 和 Nsp9 之间存在相互作用。这些作用都可能参与到诸如炎症因子风暴、细胞因子调节等人类表型和病毒生物学过程中。

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图2 互作蛋白生物信息学分析

研究人员利用系统的化学药物搜索和路径中心分析,发现了69种有望用于治疗COVID-19的药物,其中27种为FDA批准药物,14种为正在临床研究的新药以及28种临床前候选药物。研究团队提出两种可用于抑制SARS-CoV-2的普遍性机制:蛋白质生成抑制剂,可以抑制mRNA的翻译;Sigma1和Sigma2受体调节剂,可以调节这些受体的功能。同时确定了几种经批准的药物以及临床前药物,表现出很强的抗病毒作用,包括蛋白质翻译抑制剂zotatifin(目前正处于癌症治疗的I期试验中)、ternatin-4(临床用于多发性骨髓瘤)、PS3061、氟哌啶醇、PB28、PD-144418和羟基氯喹。

通过分析发现,Sigma1和Sigma2受体的翻译抑制剂和配体在降低SARS-CoV-2传染性方面特别有效。如,临床前药物PB28可与Sigma受体结合,且没有羟基氯喹的非靶标效应,其杀死SARS-CoV-2效果是羟基氯喹的20倍。研究发现的另一个已知Sigma1和Sigma2配体是孕酮,这可能有助于解释为何男性感染率和病情比女性更严重。

研究团队认为,识别两种不同的抗病毒机制,对于对抗 SARS-CoV-2 非常有意义。目前,瑞德西韦已经获得了 FDA 的紧急使用授权,用于住院重症患者的紧急治疗。该研究的最新发现有助于将已有疗法与瑞德西韦等针对病毒的药物联用,开发出治疗新冠病毒的 “鸡尾酒” 疗法,同时避免产生耐药性和副作用,为药物筛选和开发新冠病毒相关药物研究提供新的思路。

新冠防治迎重要进展,Nature发布大型SARS-CoV-2蛋白互作图谱

图3 靶点蛋白与药物互作网络图

综上所述,以宿主为导向的干预可作为一种抗病毒策略,能够克服耐药性等相关问题,并能为新冠病毒治疗提供理论依据。这是继2018年12月,Nevan Krogan教授领衔的研究团队在Cell杂志以背靠背的形式发表了针对病毒与宿主互作的两篇研究,应用了系统的蛋白相互作用策略,阐述了三大致命病毒(扎卡病毒、埃博拉病毒、登革热病毒)感染人体细胞的关键途径,为新治疗策略的设计和开发提供药物作用靶点信息(查看文章解读:Cell | 蛋白相互作用研究指明三大致命病毒药物靶点)后又一杰作。

研究结果也为其他疾病的治疗和机制研究提供的很好的思路。研究发现泛素化修饰在病毒侵染及免疫反应中扮演着非常重要的角色,值得我们关注。有理由相信包括乙酰化、磷酸化、糖基化等翻译后修饰在病毒侵染的过程中同样会扮演十分关键的作用,而这一部分的工作也值得更多的科研工作者关注。

参考文献:

Gordon, D. E. et al., 2020, A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing. Nature.

本文由景杰学术团队报道,欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求,请文章下方留言,或添加微信ptm-market咨询。


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