Cell子刊：西湖大学党波波团队开发广谱抑制多种Omicron突变株的强效融合多肽
来源：生物世界 2024-02-12 11:13
该研究建立了一种极大提升HR2肽段病毒抑制活性的新方法，设计构建的A1L35HR2m-Chol能够有效抑制不同SARS-CoV-2突变株、SARS-CoV和MERS-CoV。
西湖大学党波波团队联合香港大学袁硕峰团队，在 Cell 子刊 Cell Reports Medicine 上发表了题为：An enhanced broad-spectrum peptide inhibits Omicron variants in vivo 的研究成果。
该研究报道了一种高效广谱的SARS-CoV-2抑制剂——A1L35HR2m-Chol，能够有效抑制不同的SARS-CoV-2突变株，以及SARS-CoV和MERS-CoV。在预防和治疗实验中，A1L35HR2m-Chol在hACE2转基因小鼠模型中都能够有效抑制多种Omicron突变株的感染和复制。
有研究表明，将靶向SARS-CoV-2病毒刺突蛋白不同位点的配体结合起来可能会产生协同的抑制效果。党波波团队推测来源于ACE2的多肽与RBD结构域结合后可能会破坏病毒刺突蛋白的稳定性，最终导致HR1结构域的暴露。随后，来源于HR2的肽可能会与病毒HR1结构域结合，从而抑制病毒。
基于这一假设，研究团队认为来源于ACE2和HR2结构域的融合肽可能具有协同的抗病毒作用。他们通过柔性连接子(GGGGS0)7将ACE2衍生的A1肽段引入HR2衍生的HR2m肽段中构建A1L35HR2m融合肽。通过实验发现，A1肽段的引入可以增加HR2m自身的螺旋度以及对于靶点HR1肽段的结合亲和力。
此外，研究团队在A1L35HR2m蛋白的C末端修饰上胆固醇生成A1L35HR2m-Chol，显著提高了对冠状病毒的抑制活性，活性提升了约100倍。A1L35HR2m-Chol蛋白在对不同SARS-CoV-2变异株、SARS-CoV和MERS-CoV假病毒的抑制实验中IC50值为0.16-5.5 nM（图1）。
图1. A1L35HR2m-Chol可以广泛而有效地抑制冠状病毒假病毒的感染
研究团队评估了A1L35HR2m-Chol对Omicron BA.2.12.1和BA.5活病毒的抑制活性，在VeroE6-TMPRSS2细胞上进行微中和实验，结果显示，A1L35HR2m-Chol能强力抑制BA.2.12.1和BA.5的复制，其IC50值分别为22.0 nM和23.7 nM（图2A和图2B）。研究团队还在VeroE6-TMPRSS2细胞中进行了Omicron BA.2.12.1和BA.5的病毒载量降低实验，A1L35HR2m-Chol在抑制Omicron BA.2.12.1和BA.5活病毒感染方面效果更加显著，对于BA.2.12.1的IC50值为5.9 nM，对于BA.5的IC50值为10.4 nM（图2C和图2D）。
随后，研究团队使用已建立的K18-hACE2转基因小鼠模型评估了A1L35HR2m-Chol的预防和治疗效果。在预防性研究中，研究团队发现相比于对照组的小鼠，接受A1L35HR2m-Chol治疗的小鼠的肺组织匀浆中的病毒RNA拷贝数量明显减少，鼻甲中的病毒RNA拷贝数量也明显减少（图2F）。此外，在A1L35HR2m-Chol治疗的小鼠中，可传染性病毒滴度显著低于对照组（图2G）。
值得注意的是，接受A1L35HR2m-Chol治疗的小鼠鼻甲中几乎没有可传染性病毒滴度，这表明A1L35HR2m-Chol具有抑制病毒传播的潜力。在治疗性研究中，相比于对照组，接受A1L35HR2m-Chol治疗的小鼠鼻甲中的病毒RNA拷贝数显著减少，而肺组织匀浆中的病毒RNA拷贝数两组之间没有显著差异（图2H）。更重要的是，A1L35HR2m-Chol完全抑制了肺组织匀浆中的可传染性病毒滴度，并没有检测到活的SARS-CoV-2病毒颗粒（图2I）。A1L35HR2m-Chol在预防和治疗模式下对SARS-CoV-2 Omicron BA.5感染均表现出强效的保护作用。
随后，研究团队评估了A1L35HR2m-Chol对K18-hACE2转基因小鼠免受致死性的Alpha突变株感染的效果。结果显示，在预防性研究中，接受A1L35HR2m-Chol治疗的小鼠对致死的Alpha突变株感染表现出完全的保护作用。所有小鼠在研究结束时仍然存活，表现出100％的存活率。对于治疗组的小鼠，它们从第5天开始出现体重损失，并且相比于PBS组的小鼠存活时间更长（图2K和图2L）。
图2. A1L35HR2m-Chol在体外和体内可以有效抑制SARS-CoV-2 Omicron和Alpha突变株
在研究过程中，Omicron EG.5.1成为了主要流行突变株。然后，研究团队评估了A1L35HR2m-Chol对Omicron EG.5.1的抗病毒效果。首先使用VeroE6-TMPRSS2细胞进行微中和实验和病毒载量减少实验。结果显示，A1L35HR2m-Chol可以显著抑制EG.5.1的复制，IC50值为14.4 nM（图3A）。A1L35HR2m-Chol还可以显著减少感染上清液中的病毒载量，IC50值为3.1 nM（图3B）。
接下来，研究团队使用K18-hACE2小鼠模型评估了A1L35HR2m-Chol对EG.5.1的预防和治疗效果。相比于对照组，A1L35HR2m-Chol在预防和治疗组中可以大幅度减少鼻甲中的病毒滴度。值得注意的是，在预防组中5只小鼠中有4只的鼻甲中未检测到病毒滴度，在治疗组5只小鼠中有2只小鼠的鼻甲中未检测到病毒滴度，这表明A1L35HR2m-Chol可以消除这些小鼠上呼吸道中的病毒（图3D）。
图3. A1L35HR2m-Chol在体外和体内有效抑制Omicron EG.5.1突变株
综上所述，该研究建立了一种极大提升HR2肽段病毒抑制活性的新方法，设计构建的A1L35HR2m-Chol能够有效抑制不同SARS-CoV-2突变株、SARS-CoV和MERS-CoV。相信A1L35HR2m-Chol也很可能保持对未来出现的SARS-CoV-2新突变株的抑制活性。
西湖大学博士后毕稳稳，西湖大学博士研究生陈桂林，香港大学博士研究生唐开铭为该论文共同第一作者，西湖大学党波波研究员，香港大学袁硕峰教授为论文共同通讯作者。该研究受到浙江省重点研发计划，国家自然科学基金，西湖大学及西湖实验室的资助和支持。
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