包膜思考:寻找一种医学“银弹”来抑制世界上许多最致命的病毒

一系列有前景的化合物可以削弱所有包膜病毒入侵细胞的能力,并能避开传统抗病毒药物产生的耐药性。但它们在实验室外有效吗?


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Benhur Lee 可能发现了一种医学银弹,可以抑制大流行性的 HIV、外来的埃博拉病毒、普通流感以及地球上可能存在的每一种包膜病毒。额外的好处是,这些病毒可能无法对该化合物产生耐药性

如果这听起来好得难以置信,您并不孤单。Lee 自己也持怀疑态度,这就是为什么加州大学洛杉矶分校(U.C.L.A.)的实验室,以及遍布全国的合作者,花了四年时间进行详细研究,之后才在 2 月 16 日的《美国国家科学院院刊》上发表了关于这项可能具有革命性发现的第一篇论文

Lee 是病毒包膜方面的专家,病毒包膜是病毒动态的外部表面,它附着在细胞上,然后改变形状,让病毒进入并感染细胞。这项工作最初是美国国立卫生研究院生物防御拨款的一部分,旨在筛选一个包含 30,000 种化合物的库,以寻找针对尼帕病毒(一种 1999 年在马来西亚首次发现的新兴感染)包膜的活性。

尼帕病毒非常致命,因此对病毒本身的研究只能在生物安全等级 4 (BSL-4) 实验室中进行,研究人员在其中穿着带有内部氧气供应的密封防化服。实验室本身也受到严密保护。美国只有四个这样的实验室。

Lee 通过创造一种混合病毒来绕过这个问题。他剥离了覆盖相对良性的水疱性口炎病毒 (VSV) 的包膜,并将尼帕病毒包膜添加到该核心中。这使他能够在大学的实验室中使用低得多的 BLS-2 安全标准筛选化合物,以查看它们是否抑制病毒进入细胞。

“一种化合物 (LJ001) 看起来非常好,它的 IC50 为 1 微摩尔[意味着它在低浓度下抑制病原体],这对于初步读数来说是可以接受的。最重要的是,它对细胞培养物“没有毒性”,Lee 解释说。

实验室的研究生 Mike Wolf 想确保该化合物对尼帕病毒具有特异性,因此他对 VSV 进行了筛选。当抑制曲线返回相同时,他最初感到失望,因为该研究的资金是基于探索尼帕病毒的潜在疗法。

然而,Lee 鼓励他更加坚持和好奇。在一系列研究证实了活性和无毒性之后,Lee 将该化合物和对照的双盲样本发送给德克萨斯大学医学分部加尔维斯顿分校 BSL-4 实验室的一位同事,后者针对尼帕病毒、埃博拉病毒和其他病毒进行了测试。当 LJ001 抑制了所有这些病毒的进入时,他们感到震惊。

因此,Lee 将其对阵 HIV,这是一种他广泛研究过的病原体——它在那里也有效。“这对病毒学家来说完全没有道理,因为逆转录病毒与尼帕病毒和埃博拉病毒等这些负链 RNA 病毒没有任何关系,”他说。

“我们开始测试一份包含 20 多种病毒的列表,”它抑制了所有这些病毒的进入。“我不知道发生了什么,我找不到它们之间有任何共同之处。” 最后,当他对腺病毒进行化合物测试时,结果为阴性。直到那时他才认识到共同点:LJ001 仅对脂质包膜病毒有效。他花了几年时间才排除该化合物可能抑制此类病毒进入细胞的结合或融合过程的可能性。

Lee 证明该化合物与病毒和被入侵细胞包膜中的脂质结合。最终,他意识到它会对两种生物体都造成损害。不同之处在于,较大的细胞配备了修复各种经常发生的损伤的能力。然而,更原始的病毒不携带修复机制;一个新的病毒粒子(完整病毒)通过在从受感染细胞出芽时 буквально 从细胞膜上撕下脂质来获得其包膜的脂质。一旦病毒脂质被 LJ001 禁用,它们就会保持这种状态。

目前的抗病毒药物靶向对病毒生命周期至关重要的编码蛋白,这些蛋白在病毒类型之间差异很大,以至于专门定制的药物很少对其中一种以上有效。此外,主动过程使病毒不可避免地对这些化合物产生耐药性。为了弥补这一缺点,联合疗法试图同时在多个位置攻击病毒,使其无法对所有药物产生耐药性。

但是病毒不像蛋白质那样对它们的脂质进行基因控制。因此,Lee 对 LJ001 等药物产生耐药性的可能性持乐观态度。他说:“我无法想象病毒如何对它产生耐药性。”

当加州大学洛杉矶分校的律师搜索专利数据库时,他们发现一家公司已经提交了 LJ001 的专利,声称具有抗病毒活性,但几乎没有描述其他内容。Lee 并不担心;他的同事,加州大学洛杉矶分校的药物化学家 Michael Jung,对原始化合物进行了修改,发现了一系列效力提高 100 倍的变体。该大学正在对这些变体提出专利申请。

Lee 说,证明这些化合物的体内功效非常重要。他正在努力克服他们已经确定的一些障碍,并且他欣然承认,将产品推向市场将需要具有专门知识的专家团队。他的主要重点是基础研究,他已经在考虑接下来的挑战。

加州大学旧金山分校格莱斯顿病毒学和免疫学研究所所长 Warner Greene 祝贺 Lee 及其合作者“在意外发现方面做了一项出色的工作”。但是,他警告说,“从治疗的角度来看,这还只是一个非常非常早期的发现。”

“抗病毒活性的广度令人着迷,但我担心,由于膜破坏的潜在机制,毒性可能会比目前认识到的要大得多。原代细胞通常比实验室适应的细胞敏感得多,”Greene 说。

他补充说:“使用这种类型的药物,您始终会在一个窗口中操作,即当药物仍然对病毒有效时,细胞是否能够赶上并保持细胞存活。这将是一场竞赛。” 这与目前许多癌症疗法背后的原理相同。

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