来自圣彼得堡国立大学,俄罗斯科学院细胞研究所和清华大学的科学家团队开始研究一种可能阻断SARS-CoV-2 冠状病毒与人体细胞结合的肽。如果实验成功,那么在未来,该肽可以用于制造治疗新型冠状病毒(COVID-19)的药物。

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根据x射线分析的“刺突”蛋白复合物和ACE2。“刺突“蛋白与ACE2结合结构域显示为灰色,ACE2显示为红色,SBP1对应于ACE2片段显示为蓝色

冠状病毒,其中包括SARS-CoV-2,使用所谓尖峰病毒侵袭人体细胞。借助于特殊蛋白质在病毒表面形成的这些“尖峰”,病毒与人类细胞交接。为了对接,会使用人体细胞表面多种类型的受体蛋白之一。就SARS-CoV-2 病毒而言,它就是血管紧张素转化酶2(血管紧张素转化酶2,ACE2)。

3月底,中国科学家发表了这种酶的晶体结构,并结合了“刺突”蛋白的受体结合结构,从而使美国麻省理工学院的研究人员能够鉴定出该病毒所结合的ACE2片段。这是一个具有23个氨基酸残基的肽(IEEQAKTFLDKFNHEAEDLFYQS)。该肽的创造者认为,它应该阻断“刺突”蛋白的结合位点,从而使病毒失去与ACE2“对接”并穿透人体细胞的能力。按照这种解释,创造者为其命名为肽峰结合肽1(SBP1)。圣彼得堡国立大学的科学家与来自清华大学和俄罗斯科学院细胞研究所的同事们正因此在一起对该肽进行研究。

只有发表带有冠状病毒“刺突”蛋白的ACE2复合物的结构后,才会出现创造出这种肽的想法,因为只有通过观察两种蛋白质复合物的结构,才能鉴定出一种可能与另一种蛋白质结合的小片段。

圣彼得堡国立大学生物化学教研室和圣彼得堡国立大学转化生物医学研究所生物分子核磁共振实验室员工,生物科学副博士奥尔加·罗加乔娃

制造肽时,并不总是能够预测其物理化学性质,因此经常会出现得到的肽可能与其他人类蛋白质或细胞膜非特异性结合,也就是说,它在人体内的反应会超出我们所设定的目标。“具有这种特性的肽是无益的,因为它不可能达到目标。疏水肽通常以这种方式起作用, SBP1不是疏水性的,但是我们一定会测试它与多种测试蛋白的非特异性结合。很有可能, SBP1是特定的,就像是钥匙对于锁,接近某个外来的受体并能够在细胞中启动某些无法预料的过程的概率很小,但也不能完全排除。通常,这些效果可以在细胞实验和动物实验阶段显现出来。”奥尔加·罗加乔娃如是说到。

这项研究由圣彼得堡国立大学生物分子核磁共振实验室研究员奥尔加·罗加乔娃, 德米特里·鲁兹科和伊丽娜·久丽雅娃进行,该研究同时还利用了圣彼得堡国立大学科技园“磁共振研究方法”资源中心的资源。细胞实验预测会在俄罗斯科学院细胞研究所进行,合作研究的部分工作由易舒(音译)教授在中国清华大学的实验室中进行,该项目由生物核磁共振实验室负责人尼古拉·斯克雷尼克夫教授指导进行。

“我们的实验室研究过蛋白质-肽复合物,因此我们在解决此类问题方面有一些经验。首先,我们通过核磁共振和分子动力学计算机模型研究体外肽与蛋白质的结合。这些实验的主要目的是证明肽与我们需要的蛋白质表面位点结合,并且这种结合非常稳定。同样在此阶段,我们测试该肽与其他蛋白质非特异性相互作用的能力。如果肽成功通过所有这些测试,我们将开始细胞培养的研究。遗憾的是,就现在来看,所有方法中,只有计算机建模可供我们使用。由于隔离现状,目前实验室的工作已暂停。”奥尔加·罗加乔娃说。

在此阶段,研究人员启动了SBP1肽与ACE2蛋白结合的分子模拟,并定制“试管”实验所需的一切。

如果SBP1的阻断性质得到证实,而且能够证明肽与其他蛋白质没有非特异性结合,它有可能被用于制造新型冠状病毒的药物。科学家认为,即使病毒可能发生变异,也不应妨碍进一步的工作。“阻断病毒蛋白不是最流行的策略,因为病毒不断变异,在某个时候,产生的分子可能会停止与病毒蛋白的结合。但SBP1是从人体的ACE2中切出的,因此如果由于某种突变,使“刺突”蛋白停止与SBP1结合,那么这种“刺突”蛋白也将失去与ACE2的有效结合,那么该SARS-CoV菌株将不再对人体形成危害。另一方面,如果有一天出现新的冠状病毒,使用ACE2进入细胞,那么SBP1也将适用于它。”奥尔加·罗加乔夫强调。

冠状病毒通常通过呼吸系统进入人体。然而,初步数据显示,恰恰在呼吸系统中,ace2基因表达很弱。“这很可能与大多数人对SARS-CoV-2的免疫力有关。如果更详细地观察呼吸系统,ace2基因的最大表达是在鼻腔,而在肺泡中的表达是最小的。这意味着大多数患病者只会出现流鼻涕的现象,在这些人的肺里,SARS-CoV-2根本无法繁殖。然而,新型冠状病毒的重症病例表明,在某些状态下,ace2基因在肺部的表现会增加。那么SARS-CoV-2在肺部的繁殖会就会导致肺炎,如果免疫系统反应不充分,也会导致急性呼吸综合征。在这类人患病的早期阶段,阻断SARS-CoV-2和ACE2“刺突”蛋白的相互作用,可以降低其病毒的致命性,防止重症疾病的发作。”奥尔加·罗加乔夫解释说。

由于在疾病的初始阶段病毒在呼吸系统的细胞中繁殖,且不进入血液,因此科学家认为,从鼻腔内输入药物可以成为SBP1输送的最佳方法。

在急性呼吸窘迫综合征发作时使用“刺突”蛋白和ACE2之间相互作用的阻断剂的可行性尚待单独研究。我认为,在这种情况下,免疫反应的调节剂应大有裨益。

圣彼得堡国立大学生物化学教研室和圣彼得堡国立大学转化生物医学研究所生物分子核磁共振实验室员工,生物科学副博士奥尔加·罗加乔娃

她认为,SBP1成为药物的前景是可能的,但现在对它作为一种未来的药品充满百分之百的信心还为时过早。然而,研究人员指出,目前正在进行的治疗新型冠状病毒的再化合非膜型ACE2的临床研究令人振奋。“据其创建者称,SBP1在与“刺突”蛋白结合方面,仅略逊于ACE2。同时,与ACE2不同,它不会参与人体内的任何过程。理想的情况是,如果所有这些都得到证实,SBP1有机会作为一种低成本、安全的药物进入临床研究,对所有使用进入ACE2细胞的冠状病毒都会有效。遗憾的是,在现实中,很少有研究会完全排除从实验室到被摆放在药房货架上的重重阻碍,而且这一过程需要大量时间。我们使用的那些方法将明确决定是否应该开始把SBP1用于动物的实验。目前,这个问题的答复才是当务之急。”奥尔加·罗加乔夫总结道。