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研究:抑制TMEM16可有效阻断SARS-CoV-2感染引发的合胞体产生


COVID-19疫情自爆发以来,仍旧严重影响着我们的生活,因此,对COVID19的疾病发生机理的研究以及相关药物的开发有助于缓解疫情,从而有助于使我们的生活尽快恢复正常。此前研究已经表明:COVID19是一种具有独特特征的疾病,包括肺血栓形成,频繁腹泻,炎症反应异常激活和肺泡水肿,肺功能快速恶化等。然而这些现象背后的病理基础仍然难以捉摸。

来源: 生物谷 

 

COVID-19疫情自爆发以来,仍旧严重影响着我们的生活,因此,对COVID19的疾病发生机理的研究以及相关药物的开发有助于缓解疫情,从而有助于使我们的生活尽快恢复正常。此前研究已经表明:COVID19是一种具有独特特征的疾病,包括肺血栓形成,频繁腹泻,炎症反应异常激活和肺泡水肿,肺功能快速恶化等。然而这些现象背后的病理基础仍然难以捉摸。

在最近发表在《Nature》杂志上的一项研究中,英国伦敦国王学院的Mauro Giacca团队对COVID-19患者的肺中受到感染的肺细胞进行了形态特征的分析,发现其形态异常且经常出现多核现象。这些合胞体的产生是由于SARS-CoV-2 Spike蛋白对受体细胞的刺激所致。基于这些观察结果,作者对超过3000种已批准的药物进行了两次高倍镜检,以寻找抑制Spike导致的合胞体产生的抑制剂。作者集中鉴定了抑制Spike介导的细胞融合的83种药物,并且将注意力集中在可以防止病毒复制和相关细胞病变的有效药物上。

首先,作者在意大利的里雅斯特的大学医院检查了2020年3月至5月期间连续41例死于COVID-19的患者的器官。 除了弥漫性的肺泡损伤,频繁的血栓形成和广泛的纤维化外,这些患者中的近90%还发现了一种特殊的病变,即具有合胞体特征的非典型细胞,其中含有大量多核细胞,细胞核数量从2到20以上。 这些合胞体细胞大多数是真正的肺炎细胞,因为它们表达了两种肺炎细胞特异性标志物(naspin和surfactant B)。原位杂交实验显示这些细胞呈病毒RNA阳性。

作者认为,COVID-19患者肺部合胞体的存在可能是由于SARS-CoV-2 Spike蛋白的融合活性所致。在体外实验中,Vero细胞中Spike蛋白cDNA的表达会导致合胞体的产生。当这些细胞表达ACE2受体时,它们在质膜上的存在也会触发异源细胞的融合。在较高的放大倍数下,表达Spike的Vero细胞和Spike阳性合胞体出现大量的质膜突起,显示出丝状伪足延伸并与邻近细胞的质膜接触。这些表达Spike的细胞和合胞体在其细胞质中显示出突然的钙(Ca2 +)震荡现象。与SARS-CoV-2相反,表达来自SARS-CoV的spike蛋白时则未观察到合胞体的形成,而MERS-CoV spike蛋白过表达也具有明显的促合胞体产生的特性。

进一步,作者希望找到抑制SARS-CoV-2 Spike介导的细胞融合的,已经被临床批准的药物。对此,他们开发了两种使用高内涵成像进行高通量筛选(HTS)的检测方法。第一个基于Vero和表达Spike的U2OS细胞之间的异源融合(细胞融合抑制分析,CFIA),第二个基于Vero细胞中Spike直接表达(合胞体抑制分析,SIA)。通过这两种方法,作者筛选了两个获得FDA / EMA批准的药物库(Prestwick化学库和The Spectrum Collection,MS Discovery)中的3825种药物。除去共同存在的药物分子之外,这两个库中共计3049种不同的小分子接受了筛选。

CFIA结果表明,Prestwick的57种药物和MS Discovery库的84种药物能够抑制Spike介导的融合,其中Niclosamide的命中排名在Prestwick库中最高,在MS Discovery库中排名第二。

后续研究发现,其中最有效的分子之一是Niclosamide,它可以通过抑制TMEM16F / Anoctamin6(钙激活的离子通道和scramblase的活性,使细胞表面的磷脂酰丝氨酸暴露)而显著减弱Spike表达细胞中的钙振荡和膜电导反应。这些发现提示了COVID-19疾病发病机制的潜在机制,并强调了使用Niclosamide进行COVID-19治疗的潜力。

原始出处:Braga, L., Ali, H., Secco, I. et al. Drugs that inhibit TMEM16 proteins block SARS-CoV-2 Spike-induced syncytia. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03491-6

 

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