“1.15号,李老师突然打来电话,说看到了新型冠状肺炎病毒比较严重,需要做点药物研发相关的工作。”在疫情发生不久后,中国药理学会会员、华中科技大学同济医学院药学院李华教授意识到该病毒有危险性以及传染性后,当天他就在实验室成立了新型冠状病毒结构药理学研究小组,小组全体成员取消休息时间,全力投入实验中。中国药理学会会员吴灿荣博士生作为核心成员参与了本次研究。
小组成员大部分都在家,没有实验室的基础设备支持,一开始大家都遇到很多困难。新冠病毒“太新”,很多分析软件需要现学,过年那几天,吴灿荣一熬就是几个通宵,尽管眼圈泛红,但他却觉得相比奋斗在一线的医护人员来说,做的还不够多。对于武汉这次重大疫情,他认为只要大家携手共进,团结起来,能做事的做事,能发声的发声,众志成城,他坚信这个病毒很快就能被消灭。
从开始做文献调研,寻找抵抗新型冠状病毒的潜在药物靶标,并订购其相关的试剂耗材,夜以继日开展研究。他与老师们、师兄师姐共同奋战,利用最先进的科学知识为消灭这个“共同敌人”尽快找到解决方案而努力。吴灿荣表示能够用所学的专业知识为抵抗这次重大疫情出一点点力,累也值得。
“不能等了,先通过虚拟筛选的方法筛选出可能有效的靶向PLpro的抑制剂,一定要尽快把结果公布出来。”武汉封城,疫情升级,李华教授让大家打起十二分精神,加快科研速度。李华教授团队希望能够直接通过计算机从FDA批准的药物库中找到可能有效的药物,在确认有效的情况下能够快速进入临床研究。
“这个研究就是与时间赛跑,平常的研究方法太慢了。这次我们的任务重,时间紧。不管从时间、空间还是内容看,既特殊又有重要意义。我们要赶快做出来,保证在确认有效的情况下能够将成果快速纳入临床研究。”凌晨四点,刚刚工作完的他发来一条微信。
像他一样,疫情发生以来,在家中各方面条件都有限的前提下依然坚守研究岗位的华中大研究生还有很多,每天工作十几个小时,承担青春使命,无私奉献,勇于行动,彰显了新时代华中大研究生的责任与担当,真正将科研论文写在抗击疫情的第一线。
目前整个小组的老师和同学都在齐心协力,寻找更多可能抑制SARS-CoV-2的药物靶点。“为后续抗新型冠状病毒肺炎药物的基础和临床研究提供更多指导信息,这是我们现在所做的。”
华中科技大学李华教授团队发现抗新冠病毒的新靶点
李华教授、沈阳药科大学无涯创新学院陈丽霞教授等组成联合攻关小组,对新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的S蛋白开展了一系列研究并发现了人类的弗林蛋白酶(Furin)可能是治疗新冠病毒感染疾病(COVID-19)的新靶点。
S蛋白(Spike glycoprotein)是冠状病毒与宿主受体结合进入细胞的关键蛋白,对冠状病毒的感染性具有决定性作用,它由与宿主受体结合的S1和形成膜融合蛋白质机器的S2两个部分组成。S蛋白被酶切掉S1是暴露S2导致膜融合从而使病毒感染人体细胞的必要条件,同时S1/S2位点的酶切能够提高病毒S1部分的灵活性,促进它和人类受体适配,提高亲和力。目前已经确定S蛋白的受体是人类ACE2酶,根据最新解析的新冠病毒S蛋白受体结构域和ACE2的复合物晶体结构、以及之前的SARS病毒S蛋白受体结构域和ACE2的复合物晶体结构,研究组进行蛋白质-蛋白质对接的结合自由能计算,发现新冠病毒和人类受体相应的结合能是-50.13 Kcal/mol, 比SARS病毒的-49.22 Kcal/mol稍低,说明其亲和力比SARS稍高,这不足以解释目前新冠病毒超强的传染能力。另外按照已经报道的两个病毒蛋白和人类ACE2受体亲和力Kd值计算得出的能量看,新冠病毒比SARS病毒低1.2倍,这和蛋白质结合自由能计算结果基本符合。
研究团队通过比较分析新冠病毒及其近亲病毒在内的1000个冠状病毒的S蛋白序列,发现和SARS冠状病毒、bat-CoV-RaTG13等新冠病毒的近亲相比,其S蛋白在S1/S2的酶切位点多出了PRRA四个氨基酸的插入,从而形成能被人类弗林蛋白酶识别的“RRAR”序列。弗林蛋白质是切割某些冠状病毒和流感病毒S蛋白的常见酶,在各种组织和细胞中广泛分布,不仅在病毒感染的宿主表面可以发挥酶切效果,在病毒合成和成熟过程中都能发挥切割作用,能够显著提高病毒的感染性。研究组发现,在所有和新冠病毒S蛋白同源性高于40%的病毒中,其S蛋白都没有弗林蛋白酶的酶切位点。从进化树看,具有弗林蛋白酶切位点S蛋白的病毒和新冠病毒的关系都很疏远。从目前能够找到的序列来分析,暂时无法推测该序列如何进化而来,还需要发现更多新的中间宿主病毒序列。
本研究提示新冠病毒S蛋白中弗林蛋白酶切位点的插入,可能是其强大传染能力的一个重要关键因素,而人类弗林蛋白酶则可能是抗新冠病毒治疗的新靶点,开发弗林蛋白酶抑制剂则可能对于防治新冠病毒疾病具有重要意义。研究小组还进一步针对弗林蛋白酶进行了计算机虚拟筛选,发现一些已上市药物包括磷酸氟达拉滨、伊立替康、洛美沙星、苏拉明、伊马替尼、羟芪巴脒等,天然产物包括来源于茶叶的ECCG、一些有抗病毒作用的类黄酮、穿心莲内酯及其衍生物等对于弗林蛋白酶预测有很高亲和力,值得进一步研究它们对于抗新冠病毒的作用。
吴灿荣、沈阳药科大学无涯创新学院理科基地班直博生杨月影为文章共同第一作者,中国药理学会会员、华中科技大学同济药学院博士后郑梦竹、陈丽霞教授和李华教授为文章共同通讯作者,另外团队的多位博士生和硕士生参与了这项工作。