PNAS:耶鲁科学家发现阻断HPV感染新疗法!或可弥补宫颈癌疫苗不足

2020-03-27 白露 医药魔方

人乳头状瘤病毒(HPV)是包括宫颈癌、肛门癌、口咽癌在内的几种癌症的主要病因,每年全世界有近30万妇女死于宫颈癌。尽管疫苗为预防HPV感染提供了可靠的第一道防线,但它们无法预防所有HPV亚型的感染,具

人乳头状瘤病毒(HPV)是包括宫颈癌、肛门癌、口咽癌在内的几种癌症的主要病因,每年全世界有近30万妇女死于宫颈癌。尽管疫苗为预防HPV感染提供了可靠的第一道防线,但它们无法预防所有HPV亚型的感染,具有一定局限性,且目前也没有专门抑制HPV感染或传播的药物。因此,研究人员仍在继续寻找抵御该病毒的其他选择。

在3月17日发表于PNAS上的一项新研究中,耶鲁大学癌症中心的研究人员证明了一种可以阻止HPV感染的新方法,他们合成了一种可以阻止病毒感染细胞通路的肽。研究人员表示,这种方法可能最终不仅有助于治疗HPV,也有助于治疗其他病毒感染 [1]。


图片来源:PNAS [1]

先前的研究表明,病毒复制需要病毒蛋白质和细胞蛋白质之间的关键相互作用。这些蛋白质介导了感染的许多方面,包括病毒基因组到复制位点的运输。

HPV是一种无包膜DNA病毒,含有360个L1主要衣壳蛋白分子和72个L2衣壳蛋白分子。在HPV感染中,逆向囊泡转运复合物retromer与病毒衣壳蛋白L2结合,并将进入的病毒粒子分类到逆行运输通路,运输到细胞核,在那里病毒可以实现自我复制。

领导该研究的Daniel DiMaio博士团队先前已发现细胞穿透肽的核心作用片段出奇的短。这些肽穿透细胞膜仅需6个氨基酸的序列,而与retromer蛋白结合仅需3个氨基酸的序列。

“我们意识到可以合成一种短肽,使其足以穿透细胞膜,结合retromer并阻止感染。我们决定尝试一下,”DiMaio说,“幸运的是,尝试的第一种肽就起作用了。”

具体来说,研究人员合成了一种含29个残基的肽,命名为P16/16 。该肽包含HPV16衣壳蛋白L2的retromer结合位点(retromer-bindingsite,RBS)和细胞穿透肽(cell-penetratingpeptide,CPP)(下图A)。他们将P16/16加入到未受感染的HeLa细胞(人宫颈癌细胞)培养基中,发现这些肽进入了细胞质并与retromer结合(下图B)。接着用HPV16假病毒感染HeLa细胞时,病毒就不能再与retromer结合并离开内体,因为retromer被肽结合,感染就被阻断了。


A:(顶部)带有野生型CPP片段(红色)和RBS(绿色)的L2肽序列。CPP或RBS突变肽中的氨基酸替换以蓝色显示。B:将未感染的HeLa细胞与P16/16孵育3小时后染色。红色标记Retromer位置,绿色标记P16/16位置。重叠的信号在合并图谱中为黄色,细胞核呈蓝色。(图片来源:PNAS [1])

实验结果还显示,P16/16能引起感染的剂量依赖性降低(下图)。此外,该肽也能有效抑制HPV18和HPV5 假病毒的感染。这两种病毒是已知依赖于retromer的其他HPV类型,与HPV16一样,HPV18是一种高危的致癌型HPV,感染生殖器粘膜,而HPV5是一种与皮肤疣和癌症相关的分化型HPV。


图片来源:PNAS [1]

接下来的实验发现,这种病毒感染抑制作用即使在P16/16被去除后仍然存在 。“事实上我们不知道肽的活性有多长,但这种阻断作用可能是不可逆转的。病毒似乎也从细胞中消失了。细胞有某种方式可以感觉到感染没有正常进行,因此它可以清除病毒。”DiMaio解释道。

也就是说,如果进入的病毒不与retromer结合,细胞就具有清除侵入病毒的机制,意味着在这一步短暂的抑制会不可逆的阻断病毒感染。

在与威斯康星大学的同事进行的后续体内实验中,研究人员发现P16/16也能抑制小鼠的HPV感染。这表明P16/16在雌性小鼠生殖道中没有失活,并且能够进入该组织中支持HPV感染的基底角朊细胞。

最后值得一提的是,无论是细胞实验还是小鼠实验,P16/16均未显示明显的毒性。

总结来说,这项研究证实了retromer介导的逆行HPV侵入细胞的机制,并验证了细胞内病毒转运作为抗病毒靶点的可行性。

由于retromer还与其他病毒(丙型肝炎病毒、流感病毒、腺相关病毒、艾滋病病毒等)感染有关,该研究中合成的肽P16/16和其他靶向retromer的分子也可能影响这些病毒的感染。

尽管在治疗上使用肽存在挑战,但确定一种易受干扰且必需的细胞内蛋白质之间相互作用,可能会激励开发更多阻断这种相互作用的药物。基于此策略的方法可能会适用于多种病毒。

相关论文:

[1].Pengwei Zhang et al. Cell-penetrating peptide inhibits retromer-mediated human papillomavirus trafficking during virus entry, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.1917748117

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