PNAS:常用抗生素有望抵抗寨卡病毒感染,减轻其对大脑的伤害

2020-11-30 Bio生物世界 Bio生物世界

寨卡病毒是一种属于黄病毒属的虫媒传播病毒,主要通过埃及伊蚊传播。早在1947年,就已经从一只来自非洲乌干达的寨卡森林中的有发热症状的恒河猴体内被首次分离得到,因此得名“寨卡”。

2015年,全球爆发寨卡病毒(Zika)感染,导致数百名婴儿出生时大脑畸形。

寨卡病毒是一种属于黄病毒属的虫媒传播病毒,主要通过埃及伊蚊传播。早在1947年,就已经从一只来自非洲乌干达的寨卡森林中的有发热症状的恒河猴体内被首次分离得到,因此得名“寨卡”。此后70多年时间里,由于寨卡病毒引起的症状轻微,且消退较快,极少有寨卡病毒相关的研究。

然而,在2015-2016年,寨卡病毒突然在巴西、美国、东南亚地区爆发,很快扩散至全球61个国家和地区,并与胎儿流产,新生儿小头畸形、格兰-巴雷综合征等病例的快速增加密切相关。

2016年初,世界卫生组织将寨卡病毒列为全球公共卫生紧急事件。这大大推动了寨卡病毒相关研究,但是到目前为止,仍然没有有效的治疗方法或疫苗来对抗寨卡病毒。

近日,美国国立卫生研究院等团队在 PNAS 杂志上发表了题为:Therapeutic candidates for the Zika virus identified by a high-throughput screen for Zika protease inhibitors 的研究论文。

研究团队使用各种先进的药物筛选技术,测试了1万多种化合物,以寻求治愈寨卡感染的方法。令他们惊讶的是,他们发现广泛使用的抗生素美他环素(methacycline)在预防小鼠大脑感染和减少与寨卡病毒相关的神经问题方面是有效的。此外,他们发现最初设计用于对抗老年痴呆症和炎症的药物也可能有助于对抗感染。

在这项研究中,研究人员寻找通过阻断一种名为NS2B-NS3的寨卡病毒蛋白酶的活性来阻止病毒复制的药物,并对小分子抑制剂进行生化筛选。

寨卡病毒就像一个蛋白质胶囊,携带长串RNA编码指令,用于制造更多的病毒蛋白质。在感染过程中,病毒将RNA注入细胞中,产生这些蛋白质,这些蛋白质并排串在一起,就像塑料飞机模型组件中的部件一样。然后,NS2B-NS3蛋白酶会切断每一个蛋白质,所有这些蛋白质对于组装新的病毒颗粒都是至关重要的。

为了寻找候选药物,研究团队创建了一种检测方法,以评估药物在含有数百个微小试管的培养皿中阻断NS2B-NS3寨卡病毒蛋白酶活性的能力。每个试验都是针对不同的筛选或筛选技术而量身定做的。然后,他们使用这些分析方法同时测试存储在三个独立库中的数千个候选库。

研究团队采用定量结构活性关系模型虚拟筛选了13.8万个化合物,增加了活性化合物的鉴定,减少了筛选时间和资源。候选抑制剂在几种病毒感染试验中被验证有效。具有良好临床表现的小分子,特别是五脂氧合酶激活蛋白抑制剂MK-591,可以抑制寨卡病毒蛋白酶和神经干细胞的感染。四环素类抗生素比蛋白酶更能有效地抑制寨卡病毒感染,这表明它们可能具有多种作用机制。

一项对2000种化合物的初步筛选表明,常用的四环素类抗生素药物,如美他环素,可能对阻断蛋白酶有效。美他环素为半合成四环素,具广谱抗菌活性。抗菌机制与四环素相同,抗菌作用强于四环素。具有高效和长效性质。

与此同时,对1万多种化合物的大规模筛查帮助确定了一种正在研究的抗炎药物MK-591和一种失败的抗阿尔茨海默病药物JNJ-404作为潜在候选药物。一个包含超过13万种化合物的虚拟筛选也被用来帮助确定候选化合物。为此,研究人员将其他筛选结果输入计算机,然后使用基于人工智能的程序来了解是什么使得一种化合物能够很好地阻止NS2B-NS3寨卡病毒蛋白酶的活性。

寨卡病毒感染会对一部分患者造成严重后果。如果在怀孕期间发生感染,可能会出现先天性异常。此外,格林巴利综合征、脑炎和脊髓炎的发病与寨卡病毒感染有关。已经鉴定了一些具有良好临床特征的小分子,包括作为寨卡病毒感染抑制剂的五脂氧合酶激活蛋白抑制剂MK-591,和作为寨卡病毒感染抑制剂的四环素类抗生素美他环素,后者在寨卡病毒小鼠模型中可减少神经缺陷。这些化合物有可能用于预防或治疗寨卡病毒感染的神经并发症。

寨卡病毒会优先感染大脑中的干细胞。科学家怀疑这就是为什么感染对新生儿造成的伤害比对成年人更大的原因。在培养皿中培养神经干细胞的实验表明,本研究中鉴定的所有三种药物都可能抵消这些问题。用美他环素、MK-591或JNJ-404处理细胞可以减少寨卡病毒感染。

由于四环素是美国食品药物管理局(FDA)批准的药物,已知会通过孕妇的胎盘,研究人员将重点放在了美他环素上,发现它可能会减少由寨卡病毒引起的一些神经发育问题。例如,兹卡病毒感染的新生小鼠,接受美他环素治疗后,比接受安慰剂治疗的小鼠平衡性更好,更容易翻身。脑部检查表明,这是因为抗生素减少了感染和神经损伤。然而,抗生素并不能完全抵消寨卡病毒造成的危害。感染病毒的小鼠的体重比对照组小鼠的体重要低,但这与是否使用美他环素无关。

这些结果表明,以四环素为基础的抗生素可能至少在预防寨卡病毒感染相关的神经问题上有效,鉴于它们被广泛使用,有望尽快在临床试验中测试它们的潜力。

原始出处:

Rachel P M Abrams, Adam Yasgar, Tadahisa Teramoto, et al.Therapeutic candidates for the Zika virus identified by a high-throughput screen for Zika protease inhibitors.Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Nov 23;202005463. doi: 10.1073/pnas.2005463117.

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