清華等團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新冠病毒抑制劑是真的嗎？新冠病毒抑制劑意味著什么？

蝙蝠是“百毒不侵”的天然病毒蓄水池，它們?yōu)槭裁磾y帶大量病毒卻免受其害？人類是否可以從這里尋求一條對(duì)付多種病毒的普適性思路？

北京時(shí)間3月31日，清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院、中國疾控中心、中科院動(dòng)物研究所、美國杜克大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在論文預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv在線發(fā)表了一項(xiàng)最新研究，“Orthogonal genome-wide screenings in bat cells identify MTHFD1 as a target of broad antiviral therapy”。該研究尚未經(jīng)同行評(píng)議。

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)蝙蝠細(xì)胞的兩萬多個(gè)基因進(jìn)行系統(tǒng)全面的篩查，確定了數(shù)十個(gè)病毒復(fù)制所依賴的關(guān)鍵蝙蝠基因，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)共同的新的宿主基因MTHFD1。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)蝙蝠細(xì)胞的MTHFD1表達(dá)水平比人類相應(yīng)組織的細(xì)胞要低很多，這可能和蝙蝠適應(yīng)飛行生活的生理變化有關(guān)。

研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)宿主蛋白MTHFD1的抑制劑carolacton可有效抑制新冠病毒復(fù)制。

他們認(rèn)為，該研究成果不僅能助力新冠病毒藥物研發(fā)，有力抗擊疫情，更為人類未來抗擊突發(fā)病毒流行打下基礎(chǔ)。

清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心譚旭研究員和杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院王林發(fā)教授為論文的共同通訊作者。清華大學(xué)藥學(xué)院博士生崔進(jìn)、博士后葉倩、杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院Danielle Anderson、中國疾控中心黃保英博士為論文的并列第一作者。該研究還得到了中國疾控中心譚文杰研究員、中科院動(dòng)物所周旭明研究員、美國Duke大學(xué)的So Young Kim教授的幫助。

此外，譚旭實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)工作由清華大學(xué)疫情防控科技攻關(guān)應(yīng)急專項(xiàng)課題，北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心和國家自然基金委優(yōu)秀青年基金聯(lián)合資助。

人類需要廣譜抗病毒藥物

從SARS、埃博拉到2019年的新冠肺炎(COVID-19)，病毒引起的傳染性疾病一直是嚴(yán)重危害全球健康的主要病種之一。這些疫情發(fā)展史更讓我們深刻體會(huì)到當(dāng)務(wù)之急是對(duì)于廣譜的抗病毒藥物的研發(fā)。

廣譜抗病毒藥物對(duì)于新發(fā)突發(fā)病毒感染的應(yīng)急性治療可以救重癥病人于危難，對(duì)于降低死亡率和緩解疫情有不可估量的作用。

然而，傳統(tǒng)的抗病毒藥物以病毒蛋白作為靶點(diǎn)，它們?cè)趹?yīng)對(duì)不斷出現(xiàn)的多種不同類別的病毒時(shí)很難發(fā)揮作用，而且病毒也很容易通過突變自身基因而產(chǎn)生耐藥性。

相比之下，由于多種病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制需要很多共同的宿主蛋白才能完成復(fù)制周期，所以針對(duì)病毒復(fù)制依賴的宿主蛋白的新型抗病毒藥物可能具有廣譜性和不易產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)點(diǎn)。

論文中提到，蝙蝠是埃博拉病毒、SARS-CoV、MERS-CoV、亨尼巴病毒屬和新冠病毒等病毒的天然宿主。研究團(tuán)隊(duì)試圖從蝙蝠基因組分析入手，使用領(lǐng)先的功能基因組學(xué)方法，系統(tǒng)地尋找病毒生命周期依賴的宿主因子，通過理解病毒-宿主因子的相互作用的分子機(jī)制來尋找新的抗病毒藥物靶點(diǎn)。

蝙蝠為何“百毒不侵”？

蝙蝠屬于哺乳動(dòng)物門翼手目，是唯一能真正飛行的哺乳動(dòng)物。近年來諸多大規(guī)模致死疫情都和蝙蝠發(fā)生著千絲萬縷的聯(lián)系，而蝙蝠也已經(jīng)被公認(rèn)為新興病毒最重要的天然“蓄水池”。

作者們提到，2003年的SARS、2014年的埃博拉以及2019年末開始暴發(fā)的的新冠肺炎均給世界各地帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和心理恐慌。諸多證據(jù)支持蝙蝠是這些致病病毒的共同的天然宿主，病毒從蝙蝠到某個(gè)中間宿主傳播最終導(dǎo)致了疫情的大規(guī)模暴發(fā)。

然而，令人不解的是，雖然蝙蝠可以攜帶多種致病病毒，但是這些病毒卻不會(huì)對(duì)蝙蝠造成明顯的癥狀。蝙蝠對(duì)病毒的高度耐受性可能也是其能攜帶并傳播多種病毒的重要原因。

中科院武漢病毒研究所研究員周鵬曾在接受澎湃新聞?dòng)浾撸╳ww.thepapr.cn）采訪時(shí)表示，“從免疫學(xué)角度來說，蝙蝠的免疫系統(tǒng)還是很獨(dú)特的，它是唯一一個(gè)會(huì)持續(xù)飛行的哺乳動(dòng)物，飛行這種能力就造成它很多基因和人或者其他哺乳動(dòng)物的基因不一樣，這些不一樣的基因很多就是和抗病毒、免疫系統(tǒng)相關(guān)的。”

周鵬等人此前也證實(shí)，蝙蝠體內(nèi)總是保持了一定量的干擾素表達(dá)。干擾素是一個(gè)很關(guān)鍵的抗病毒蛋白，如果它在身體中總是保持“低量”，就相當(dāng)于動(dòng)物本身具有“全天候保護(hù)”的防御機(jī)制。

“我們現(xiàn)在初步的結(jié)論是它的免疫通路會(huì)保持一定量的防御狀態(tài)，但不會(huì)免疫過激。像人感染SARS等病毒最后會(huì)死于過度的炎癥反應(yīng)，但是蝙蝠的炎癥反應(yīng)和先天免疫不會(huì)過激，所以它也不會(huì)受到損傷。”

周鵬等人此前也提到過類似思路，研究蝙蝠攜帶病毒而不患病這一獨(dú)特之處，有望讓人類從中學(xué)習(xí)如何對(duì)抗病毒。

作者們認(rèn)為，蝙蝠的生理學(xué)研究和基因組測序結(jié)果為解釋其耐受病毒的能力提供了多種解釋，而功能基因組學(xué)篩選可以幫助我們進(jìn)一步理解病毒感染蝙蝠細(xì)胞所需要的宿主因子。

兩萬多個(gè)基因篩選：蝙蝠與人類的病毒感染機(jī)制有何不同？

基于以上背景，研究團(tuán)隊(duì)建立了第一個(gè)蝙蝠（黑妖狐蝠,Pteropus alecto）的全基因組CRISPR敲除文庫并完成了黑妖狐蝠腎上皮細(xì)胞（PaKi細(xì)胞）的流感病毒感染的全基因組CRISPR篩選，從中找到了20多個(gè)病毒復(fù)制所依賴的宿主因子（圖一）。

與此同時(shí)，杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的王林發(fā)課題組用RNA干擾（RNAi）的方法進(jìn)行了蝙蝠細(xì)胞針對(duì)腮腺炎病毒感染的篩選，找到了數(shù)十個(gè)病毒依賴的宿主因子。

通過對(duì)兩個(gè)課題組的篩選結(jié)果進(jìn)行比較，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其中都包括細(xì)胞內(nèi)吞作用和蛋白分泌通路的重要基因，這些跟人類細(xì)胞的病毒感染是類似的，說明蝙蝠細(xì)胞和人類細(xì)胞的病毒感染對(duì)這些通路的依賴是保守的。

除此之外，兩組篩選都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)共同的新的宿主基因MTHFD1。MTHFD1編碼亞甲基四氫葉酸脫氫酶，是DNA和RNA的組成成分嘌呤堿基從頭合成的重要代謝酶。

非常有意思的是，以前的工作在人體細(xì)胞的全基因組篩選病毒宿主因子都沒有發(fā)現(xiàn)MTHFD1。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)蝙蝠細(xì)胞的MTHFD1表達(dá)水平比人類相應(yīng)組織的細(xì)胞要低很多，這可能和蝙蝠適應(yīng)飛行生活的生理變化有關(guān)。

總體來說，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)蝙蝠細(xì)胞的兩萬多個(gè)基因進(jìn)行系統(tǒng)全面的篩查，確定了數(shù)十個(gè)病毒復(fù)制所依賴的關(guān)鍵蝙蝠基因。這些基因在蝙蝠和人類中功能是保守的，但是基因表達(dá)水平的物種差異可能決定了病毒感染的不同的病理結(jié)果。

發(fā)現(xiàn)抑制劑carolacton

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，RNA病毒包括腮腺炎病毒、馬六甲病毒、寨卡病毒等都對(duì)MTHFD1的缺失非常敏感，而MTHFD1的抑制劑carolacton對(duì)于上述病毒的復(fù)制有非常強(qiáng)的抑制作用。這個(gè)現(xiàn)象在蝙蝠和人類細(xì)胞都很顯著。

Carolacton是一種天然產(chǎn)物，被作為抗生素候選分子用于抑制細(xì)菌的菌膜生成。

令人欣喜的是，通過與中國疾控中心合作，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)carolacton也能有效的抑制新冠病毒在人體細(xì)胞中的復(fù)制，而且抗病毒有效濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于細(xì)胞毒性濃度，展示出了良好的成藥性。

蝙蝠的基因篩查導(dǎo)致了MTHFD1這個(gè)全新的抗病毒藥物靶點(diǎn)及carolacton這個(gè)抗病毒小分子的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)結(jié)果也提示我們可以從研究蝙蝠的病毒感染機(jī)制中學(xué)習(xí)到如何應(yīng)對(duì)病毒感染。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)后續(xù)將在動(dòng)物感染模型上進(jìn)一步對(duì)carolacton及其衍生物的抗病毒功能進(jìn)行臨床前測試，希望能將其作為一種廣譜抗病毒藥物早日推向臨床。MTHFD1相關(guān)的基因?qū)Σ《镜挠绊懠捌渌幬锇邢虻难芯恳灿型峁└嗟暮蜻x藥物分子。

另外，研究團(tuán)隊(duì)前期建立的全基因組篩選系統(tǒng)也將在針對(duì)蝙蝠的其它組織細(xì)胞，特別是免疫細(xì)胞的研究中發(fā)揮巨大作用，幫助研究者繼續(xù)探尋蝙蝠的更多的奧秘。