西湖大学党波波团队联合香港大学袁硕峰团队设计强效融合多肽广谱抑制多种新冠Omicron突变株

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北京时间2024年2月10日，西湖大学党波波团队、香港大学袁硕峰团队在 Cell Reports Medicine 共同发表了题为“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。A1L35HR2m-Chol能够有效抑制不同的SARS-CoV-2变异毒株、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。

文章链接：

https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(24)00041-7

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新冠病毒自出现以来一直在不断地变异，新突变株的不断出现，也为针对新冠的疫苗、药物研究带来了更大的困难，提出了更大的挑战。目前一些针对新冠病毒主蛋白酶的小分子药物对于突变株有较好的耐受作用，但不同耐药毒株也在不断出现，小分子药物的广泛使用也会进一步加速耐药毒株的进化。因此，研究、开发与主蛋白酶抑制剂机制不同的广谱病毒药物仍然非常重要。

与其他冠状病毒类似，SARS-CoV-2的感染需要病毒包膜与细胞膜之间的融合，这个过程是由病毒刺突蛋白（S蛋白）介导的。SARS-CoV-2的S蛋白由S1和S2两个亚基组成，S1亚基通过受体结合域（RBD）与细胞受体血管紧张素转化酶2（ACE2）结合，触发S2亚基发生构象变化，从而在HR1和HR2两个结构域之间形成六螺旋结构（6-HB），驱动靶细胞和病毒膜融合。由于HR1和HR2这两个结构域在不同冠状病毒中非常保守，因此，来源于这两个结构域的多肽被认为是有前景的抗病毒药物。

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。党波波团队的研究人员推测来源于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，研究人员认为来源于ACE2和HR2结构域的融合肽可能具有协同的抗病毒作用。研究人员通过柔性连接子（GGGGS）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。通过实验研究人员发现，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，研究人员在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

研究人员评估了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）。研究人员还在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，研究人员使用已建立的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，研究人员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）。研究人员还发现，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，研究人员发现，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，研究人员评估了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，研究人员评估了A1L35HR2m-Chol对Omicron EG.5.1的抗病毒效果。首先，研究人员使用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）。

随后，研究人员使用K18-hACE2小鼠模型评估了A1L35HR2m-Chol对EG.5.1的预防和治疗效果。研究人员发现，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，研究人员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。研究人员相信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研究共同第一作者，西湖大学党波波研究员，香港大学袁硕峰教授为通讯作者。本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。

西湖大学党波波团队致力于运用化学手段开发针对复杂生物体系的研究工具，并以重要蛋白为靶点开发新型蛋白质探针、大分子药物。党波波团队长期招聘分子生物学，化学方向的副研究员、博士后、研究助理，招收博士研究生，真诚期待您的加入！电子邮箱：dangbobo@westlake.edu.cn