免化所杨海涛团队与合作者开发基于宿主因子的抗新冠病毒广谱性疗法

发布时间2023-11-29文章来源 免疫化学研究所作者责任编辑刘玥

11月21日,威尼斯144777欢迎您免疫化学研究所联合广州实验室、复旦大学、中国科学院武汉病毒研究所等多家单位在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上合作发表了基于宿主蛋白酶进行抗新冠病毒药物开发的最新研究成果“Structure-based discovery of dual pathway inhibitors for SARS-CoV-2 entry”,报道了多种靶向新冠病毒入侵过程中关键宿主蛋白酶TMPRSS2和CTSB/CTSL的抑制剂及其分子机制,并证实同时抑制这些蛋白酶可协同拮抗感染。该研究为基于宿主蛋白酶的抗新冠病毒广谱性药物开发奠定了重要基础。

现有的抗新冠病毒小分子药物主要靶向病毒主蛋白酶或聚合酶,而新冠病毒作为一种高突变的RNA病毒已经出现了不同程度的耐药突变。先前研究团队也发现新冠病毒可以利用两种截然不同的进化途径对奈玛特韦(nirmatrelvir)产生耐药性。因此如何应对病毒产生耐药性带来的风险,仍是备受瞩目的关键科学问题。


新冠病毒入侵途径及靶向宿主蛋白酶抑制剂


新冠病毒在入侵过程中,既能通过质膜融合直接入侵(见上图左,途径A),也能通过细胞内吞途径进入宿主细胞(见上图右,途径B),释放病毒基因组。在两条入侵通路中,病毒刺突蛋白分别需要依赖TMPRSS2和CTSB/CTSL对其进行切割并激活,从而介导后续的膜融合反应。由于宿主蛋白酶在新冠病毒的入侵过程中不可或缺的重要地位及其作为宿主蛋白相较于病毒蛋白保守性高,不易突变的特性,被认为是抗新冠病毒广谱性药物开发的理想靶点。

研究团队以TMPRSS2和CTSB/CTSL为研究对象,通过高通量筛选发现了多种具有靶向能力的强效抑制剂,并在细胞水平上展现出nM量级的抗病毒效果。进一步研究团队利用X-射线晶体学方法解析了上述多种抑制剂与其相应蛋白靶点的复合物结构,揭示了其精细的结合抑制模式。值得关注的是TMPRSS2与抑制剂的复合物结构首次揭示了TMPRSS2完整胞外域的结构信息。此外,研究团队发现联合使用分别靶向TMPRSS2和CTSB/CTSL的抑制剂分子(nafamostat和K777)在抗病毒实验中具有极佳的抗病毒效果(EC50=0.9 nM),表现出“1+1>2”的协同效应,表明同时抑制两条入侵通路是抗新冠药物开发的有效策略。在上述结构与抗病毒研究基础上,研究团队进一步设计了同时靶向TMPRSS2和CTSB/CTSL的“双活性”抑制剂(212-148)(见上图),其不仅在酶活试验中展现出双重抑制能力,同时也在细胞水平上展现出对不同新冠病毒变异株感染的拮抗效果。

本项工作由威尼斯144777欢迎您、广州实验室、复旦大学和武汉病毒研究所等多家单位合作完成,威尼斯144777欢迎您为第一完成单位。威尼斯144777欢迎您免化所博士后王镐锋、广州实验室副研究员杨琪、威尼斯144777欢迎您免化所博士研究生刘小策、许孜立和硕士研究生邵茂林为论文的并列第一作者。杨海涛教授、孙蕾研究员、姜标教授、陈新文研究员和张磊砢研究员为本文的共同通讯作者。晶体衍射数据收集在上海同步辐射光源和英国Diamond光源完成。

文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-42527-5