作者:王荣福等 来源:《自然—代谢》 发布时间:2021/9/30 17:22:31
选择字号:
最新研究发现靶向脂肪酸合成途径可有效抑制新冠病毒

 

代谢相关疾病,如肥胖、糖尿病、高血压和高胆固醇等,是最早发现的新冠重症相关危险因素之一。美国CDC统计数据表明,大约30.2%的新冠住院治疗患者可以归因于肥胖(截至2020年底统计),过度肥胖的新冠感染者的住院风险可能提高2倍,但具体机制尚未阐明。目前,抗病毒药物开发策略主要集中在利用小分子抑制剂,核苷酸类似物,抗体等方式靶向病毒蛋白自身分子,从而达到抑制病毒进入细胞,病毒复制以及病毒组装等过程。靶向病毒的药物通常具有很好的特异性,在体外实验和病毒感染早期具有较强的抗病毒活性,例如,靶向抑制病毒RNA依赖RNA聚合酶 (RdRp) 的瑞德西韦(Remdesivir)等。但是由于快速复制的病毒会产生大量病毒蛋白,所以靶向病毒药物通常只对初期感染病人有效,同时RNA病毒不断产生新的突变也更容易使靶点失效从而产生耐药。因此,靶向宿主成为另外一个主要的抗病毒药物策略,近年来越来越受到重视。病毒无法独立生存,所有生命活动都依赖于宿主细胞。通过特异性调控宿主细胞信号通路,干预病毒复制所依赖的细胞内环境等方式实现抗病毒疗效。靶向宿主药物通常具有广谱抗病毒活性、不易耐药等优点,非常有利于针对快速传播的新病毒进行快速开发和临床应用。

近日,美国南加州大学王荣福教授课题组在Nature Metabolism杂志发表了题为 “Pharmacological inhibition of fatty acid synthesis blocks SARS-CoV-2 replication”的重要科研论文,证实脂肪酸合成途径是新冠病毒在宿主细胞内进行快速复制的关键性因素,并通过大量筛选,发现以Orlistat(奥利司他)为代表的脂肪酸合成抑制剂对新冠病毒及常见突变毒株具有广谱抗病毒活性,同时在K18-hACE2小鼠模型中显著提高病毒感染后的宿主生存率。

文章首先利用大规模RNA干扰文库 (RNAi library) 筛选,在宿主细胞中逐一抑制代谢相关基因的表达,并检测新冠病毒在其中的感染和复制能力。利用绿色荧光蛋白标记的新冠病毒株 (SARS-CoV-2-mNG) ,作者发现多个代谢相关基因可调控新冠病毒的感染或复制,其中FASN或ACACA的沉默对新冠病毒具有显著的抑制作用。ACACA基因编码的乙酰辅酶A羧化酶1 (ACC1) 和FASN基因编码的脂肪酸合成酶 (FAS) 同属于脂肪酸合成过程的关键限速酶:ACC1 催化乙酰辅酶A生成丙二酰辅酶A,为脂肪酸的合成提供底物;而FASN进一步将乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A缩合为棕榈酸,后者是其他饱和脂肪酸或单不饱和脂肪酸的前体。文库筛选之后,作者通过基因敲除技术进一步验证了宿主FASN基因在调控新冠病毒复制中的关键作用。

图1. 筛选与新冠病毒相关的代谢基因

脂肪酸合成途径是肥胖,肿瘤等疾病的重要治疗靶点。多个靶向FAS的小分子抑制剂已经进入I/II 期临床试验,Orlistat更是经典的口服非处方药物。文章系统性筛选了22个FAS小分子抑制剂,发现其中11个都具有抑制新冠病毒的潜能,并在体外细胞毒性实验中显示出安全性。文章选择了其中最具潜力的三个小分子做进一步研究(Orlistat,TVB-2640,TVB-3664),在包括人类肺部细胞的多个细胞系中验证了其抗病毒功能,并发现这些抑制剂在细胞感染后或在高滴度病毒环境下依然具有保护宿主细胞的效能。更重要的是,除了原发病毒株,FAS抑制剂对目前流行的突变病毒株 (Alpha,Beta,Delta) 依然具有相近的抑制作用。由于小分子抑制剂可以特异性靶向宿主蛋白,干扰新冠病毒在细胞内复制的关键过程,理论上新冠病毒更难通过突变产生对此疗法的耐药性。

图2. 脂肪酸合成酶抑制剂的筛选及功能验证

接下来,作者通过新冠病毒敏感型K18-hACE2小鼠模型,发现Orlistat可以显著提高病毒感染小鼠的生存率,并伴随着较小的体重下降。同时,Orlistat处理组小鼠的肺部病毒含量和肺部组织病理指标均有显著下降。除预防作用外,病毒感染后使用Orlistat也具有一定的治疗效果。此外,TVB-2640也在动物实验中对新冠病毒呈现出一定的抑制作用。Orlistat作为已批准为肥胖治疗的非处方药物,主要通过抑制肠道脂肪酶来抑制人体对脂肪的吸收,同时抑制FAS的活性和细胞内脂肪酸合成。TVB-2640目前正处于二期临床试验,用于治疗多种肿瘤和非酒精性脂肪性肝炎,两种候选药物都具有良好的临床安全性。

图3. Orlistat在动物模型中抑制新冠病毒复制和疾病进程

脂肪酸是一大类含有一个羧基和不同长度的脂肪族碳氢链的化合物,是重要的能量分子,也是生物膜的构成单元。正链RNA病毒进入宿主细胞后会造成细胞内膜的重组,并在特化的双层膜囊泡 (double-membrane vesicles) 结构中进行复制与转录。因此,抑制脂肪酸合成可以阻断病毒在细胞内的复制过程。研究发现,FAS抑制剂可以抑制包括登革热病毒 (Dengue virus), 寨卡病毒 (Zika viru) 和日本脑炎病毒 (Japanese encephalitis virus) 等多种类型的正链RNA病毒。另外,在非典病毒 (SARS-CoV-1) 和新冠病毒中都发现,S (spike) 蛋白的棕榈酰化修饰 (palmitoylation, 一种常见的脂肪酸修饰) 对病毒与受体的结合是必须的。这些结果都意味着,抑制脂肪酸合成途径有望成为一种广谱的抗病毒方法。但此疗法在临床中是否能够降低新冠感染者 (特别是有症状患者) 的病毒负荷和重症转化率,以及具体的疗效和给药方式等,有待后续的临床实验研究。

南加州大学博士后储君君,助理教授邢常胜,博士后杜阳为该论文的共同第一作者。王荣福教授为通讯作者。本研究在南加州大学生物安全三级实验室完成。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s42255-021-00479-4

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
纸一样薄的音箱问世!MIT博士的神奇发明 极小种群野生植物平当树实现人工高效繁育
江门中微子实验的“变形金刚塔”建成 利用天然气高选择性制备乙烷和氢气
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文