4月18日，我校生命科學學院馬文福教授團隊在 Acta Pharmaceutica Sinica B （ APSB ） 上在線發表了題為“ SARS-CoV-2 spike host cell surface exposure promoted by a COPI sorting inhibitor ”的研究論文，生命科學學院馬文福教授為通訊作者，2020級博士研究生李軼群、講師楊明銳博士和2021級博士研究生南亞楠為共同第一作者，北京中醫藥大學生命科學學院為第一單位。
該研究解析冠狀病毒S蛋白借助宿主COPI囊泡轉運及定位的分子機制，提供了以宿主成分COPI作為靶點的廣譜性藥物開發策略，設計的TAT-WDM多肽可作為抗冠狀病毒潛在藥物進一步研究。而且，S蛋白的表面分布有利于抗體的Fc效應器功能發揮，可考慮同時使用S蛋白表面促進劑以增強疫苗和抗體的防治效果，為疫苗和抗體的優化設計提供參考。
文章基于冠狀病毒S蛋白結合COPI的結構特征，設計了一種能夠進入細胞的低毒性COPI新型分選抑制多肽，證實了其具有促進SARS-CoV-2 S蛋白細胞膜表面轉運能力，并顯著增強了靶向S蛋白抗體依賴性細胞介導的細胞毒效應（ADCC）。
通過解析冠狀病毒S蛋白內三種分選信號KxHxx（SARS-CoV-2）、KxxHxx（HCoV-OC43）及Hxx（MHV）基序與COPI囊泡的β’-COP亞基復合物晶體結構，確定了冠狀病毒S蛋白與COPI間的保守相互作用模式，并與經典COPI分選信號KKxx和KxKxx進行了比較發現，SARS-CoV-2的KxHxx基序與β-propeller結構域相互作用方式與KxKxx非常相似（圖1）。通過體外分子互作技術發現，冠狀病毒S蛋白與COPI以較弱的親和力進行相互作用，SARS-CoV-2的S蛋白滯留信號與COPI的解離常數高達1mM。較弱的相互作用特征適合作為靶點尋找潛在的分子抑制劑，獲得的結構信息為設計與開發以COPI為靶點的廣譜抗冠狀病毒藥物提供了基礎。
圖1
團隊以包含經典Kxkxx基序的多肽為模板，設計了融合穿膜序列的TAT-WDM多肽，測試其與COPI的解離常數為1.8 μM，體外競爭實驗發現多肽能顯著抑制S蛋白與COPI的結合，且具有較好的細胞進入能力和極低的細胞毒性。TAT-WDM作用于S蛋白穩定表達的細胞系，激光共聚焦顯微鏡下觀察膜表面S蛋白的熒光強度明顯升高（圖2A）；流式細胞術檢測到雙熒光染色的細胞群數量顯著增多，達9%左右（圖2B）；通過生物素特異性親和凝膠富集膜表面生物素標記蛋白，免疫印跡檢測富集到的生物素化S蛋白水平提高了1.5倍（圖2C-D）。TAT-WDM還能促進S蛋白結合受體ACE2誘導的合胞體形成（圖2E-K）。值得注意的是，在構建的體外ADCC實驗系統中，TAT-WDM作為COPI的分選抑制劑顯著的增強了靶向S蛋白的REGN10987抗體介導的人NK細胞對靶細胞的殺傷效應，且存在劑量依賴性。
圖2
而后，團隊以TAT-WDM為研究工具，對SARS-CoV-2 Omicron突變株致病性改變的機制進行了探究。以Alpha突變株B.1.1.7為對照，發現Omicron BA.1毒株的S蛋白更強細胞內滯留能力。序列分析發現有32個突變位于Omicron BA.1 S蛋白的luminal區域，依次將BA.1的32個突變位點引入B.1.1.7的S蛋白，已構建一系列嵌合表達載體并使用TAT-WDM處理，發現2個位于N端結構域和1個位于受體結合區域的突變區域導致BA.1毒株S蛋白更強的內質網滯留（圖3A-F）。而BIP及Calnexin（ER應激標志物）的檢測反映了關鍵突變位點導致S蛋白折疊缺陷影響胞內轉運（圖3G-I），可能是Omicron S蛋白胞內滯留及致病性改變的原因。
圖3
此論文全部研究系統均由研究團隊依托生命科學學院蛋白質及細胞研究平臺構建，借助上述系統，團隊正在開展具有抗冠狀病毒及免疫調節作用的中醫藥篩選及研究工作。目前正在進行麻杏石甘湯、痰熱清注射液、黃芩提取液、熊膽提取液及單體熊去氧膽酸、脫氧膽酸的藥效及機制研究。
Acta Pharmaceutica Sinica B（APSB）2011年創刊，由中國藥學會和中國醫學科學院藥物研究所共同主辦。JCR分區Q1區，位列全球279本Pharmacology & Pharmacy學科類期刊第8名。