《新冠病毒感染细胞关键机制找到》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2022-05-12
  • 在发表于10日《自然·通讯》上的一项研究中,比利时研究人员在分子水平上了解新冠病毒感染细胞的确切机制,并在实验中阻止了病毒感染。该发现为治疗新冠带来了巨大的希望:有助于开发一种气溶胶形式的抗病毒药物,在感染或高风险接触的情况下能根除病毒。

      鲁汶大学生物分子科学与技术研究所研究员大卫·阿尔斯滕斯团队研究了唾液酸(存在于细胞表面的一种糖残基)和新冠病毒刺突蛋白之间的相互作用,目的是了解唾液酸在病毒感染过程中的作用。

      研究人员已知细胞表面被糖所包裹,这些糖使病毒更容易识别细胞,并促进病毒进入宿主细胞,进而引发感染。

      此次,研究人员首先确定了这些糖的一种变体(9-O-乙酰化),它与刺突蛋白的相互作用比其他糖更强烈。简而言之,他们找到了能让病毒打开宿主细胞“大门”的那套钥匙。

      为什么是一套钥匙?因为新冠病毒由一系列具有吸盘效应的刺突蛋白组成,并使它们能够与细胞结合并最终进入细胞。病毒发现的钥匙越多,与细胞的互动就越好,“大门”就会开得越大。

      研究人员的第二个发现是:通过阻止病毒与宿主细胞结合来防止感染。他们阻断了刺突蛋白的附着点,从而抑制病毒与细胞表面的任何相互作用。这就好比细胞“大门”前上了一把挂锁。不过,前提条件之一是病毒和阻断它的试剂之间的相互作用比病毒和细胞之间的作用更强。在这个特殊的案例中,科学家们证明了表面带有多个9-O-乙酰化唾液酸的多价结构(或糖簇)能够阻止新冠病毒的结合和感染。如果病毒不附着在细胞上,它就无法进入细胞,因此会死亡,寿命为1至5小时。这种阻断作用可防止感染。

      在新冠肺炎大流行的背景下,各种疫苗主要针对新冠病毒变异体,而不是整个病毒。鲁汶大学的这一发现具有作用于病毒的优势,不受其突变影响。

      下一步,研究小组将在老鼠身上进行测试,以应用这种阻断病毒结合部位的方法,并观察其是否对生物体发挥作用。结果一旦出来,就可推进开发出一种基于9-O-乙酰化的抗病毒药物,可在感染或高危接触的情况下,通过气雾剂给药。

    【总编辑圈点】

      这是一项关于病毒入侵机理的基础研究。科研人员试图弄清楚唾液酸和新冠病毒刺突蛋白之间的相互作用。细胞表面的糖可以让细胞更容易被病毒识别,而糖的一种变体与刺突蛋白互动得更好。当所有糖摆在病毒面前时,病毒会优先选择这一变体,这也为抗病毒药物的研发提供了新的路径——让病毒和基于该变体的抗病毒药物结合,而非细胞本身。下一步,科研人员将在实验动物上进行测试。至于开发气雾剂给药的抗病毒方式,目前看来还需要一定时日。

  • 原文来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2022-05/11/content_534881.htm?div=-1
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    • 在一项新的研究中,来自罗莎琳-富兰克林研究所和牛津大学等研究机构的研究人员发现2020年初出现的原始SARS-CoV-2毒株能够结合在人体细胞表面上发现的称为唾液酸的糖分子,不过后来出现的SARS-CoV-2毒株没有保留这种能力。这种结合是通过磁共振和极其精确的高分辨率成像发现的。相关研究结果于2022年6月23日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Pathogen-sugar interactions revealed by universal saturation transfer analysis”。 早期SARS-CoV-2毒株的这种独特能力也提出了一种可能性,即这是这种病毒首次从动物外溢到人类的方式。随后引起关注的SARS-CoV-2变体,如Delta和Omicron,不具备这种结合唾液酸的能力,而是依靠它们冠状刺突上的受体来附着在位于人类细胞表面上的称为ACE2的蛋白上。 这些作者利用磁共振和复杂的成像技术进行了进一步调查。利用一种叫做饱和转移差(saturation transfer difference)的核磁共振(NMR)光谱技术,他们开发了一种新的、复杂的分析方法来解决这个复杂的问题。他们将该技术称为通用饱和转移分析(universal saturation transfer analysis, uSTA)。 论文共同通讯作者、罗莎琳-富兰克林研究所和牛津大学的Benjamin G. Davis教授说,“SARS-CoV-2大流行的两个持续的谜团是这种病毒传播背后的机制和人畜共患外溢的起源。有证据表明,一些流感病毒可以结合人类宿主细胞表面上的唾液酸,这在中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)中已经看到了。尽管令人关注的SARS-CoV-2变体没有显示出这种机制,但是我们的研究发现,2020年初出现的SARS-CoV-2毒株可以利用这一点作为进入人体细胞的方式。” 这种结合机制是在SARS-CoV-2刺突蛋白N端结构域(N-terminal domain, NTD)的末端发现的,这是这种病毒进化更快的部分。该结构域以前被认为与唾液酸结合有关,但在这些作者进行高分辨率精确成像和分析之前,这一点还没有得到证实。 至于为什么这种病毒在进化成新的变体时抛弃了这种糖结合功能,Davis教授假设,它可能是最初从动物外溢到人类的必要条件,但随后它可以被隐藏起来,直到再次需要它---特别是如果该功能广泛地不利于这种病毒在人类体内的复制和感染任务。 这一发现与意大利的第一波证据相关。意大利基因组学协会观察到了COVID-19疾病的严重程度与遗传学之间的关联,因为携带一种特定基因突变---影响细胞表面上的唾液酸类型的突变---的患者在重症监护室中的比例很低。这表明与其他基因型相比,这种病毒更容易感染某些基因型。 论文共同通讯作者、罗莎琳-富兰克林研究所所长James Naismith教授说,“通过我们的超高精度成像和新的分析方法,我们可以在SARS-CoV-2刺突蛋白的最末端观察到一种以前未知的结构。令人惊奇的是,我们的发现与意大利科学家们在第一波疫情期间注意到的情况相关,表明这在早期感染中起着关键作用。这种新技术可以被其他人用来揭示其他病毒结构,并回答极其详细的问题。” 参考资料: Charles J. Buchanan et al. Pathogen-sugar interactions revealed by universal saturation transfer analysis. Science, 2022, doi:10.1126/science.abm3125.
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    • 编译者:hujm
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    • 根据美国国立卫生研究院(NIH)官网10月28日最新消息,研究人员首次发现了新冠病毒退出细胞的生物途径,即病毒可通过溶酶体从受感染的细胞中分离出来。更好地了解这一途径可能为阻止新冠病毒的传播提供重要研究视角。相关研究成果发表于10月28日的《细胞》期刊。   此前,科学家们已经知道,病毒进入细胞并感染细胞,在逃离之前利用细胞的蛋白质进行自我复制。然而,研究人员对病毒到底是如何离开细胞的了解有限。   NIH心肺血液研究所宿主病原动力学实验室主任阿尔坦·邦尼特博士的研究小组使用显微镜成像和涉及人类细胞的病毒特异性标记物设计了一项实验。他们发现,新冠病毒以某种方式靶向高度酸性的溶酶体并聚集在那里。   这一发现给研究团队提出了问题:如果新冠病毒在溶酶体中积累,而溶酶体是酸性的,为什么新冠病毒在离开之前仍完好无损?   一系列实验表明,新冠病毒感染细胞时,溶酶体会被去酸化,这会显著削弱这种破坏性酶的活性,从而损害细胞的免疫机制。病毒会利用溶酶体从细胞中逃脱,同时在“抽身”之前自我复制,导致更多细胞被感染且影响溶酶体正常功能的发挥。   了解这一机制后,研究人员或可找到破坏这一途径的方法,阻止溶酶体将病毒输送到细胞外;或者重新酸化溶酶体,以恢复其在新冠病毒感染细胞时应发挥的正常功能。   目前,科学家已经开发出一种实验性的酶抑制剂,它可以有效地阻止新冠病毒退出细胞。   阿尔坦·邦尼特说:“我们认为,这一非常基本的细胞生物学发现可以帮助解释临床上观察到的新冠肺炎患者免疫系统异常问题。”同时,这一发现或能帮助研究人员开发出新的、更有效的抗病毒疗法,如靶向疗法来对抗新冠肺炎。