SCIENCE子刊：周德敏、張禮和研究團隊發現三萜天然產物廣譜抑制病毒感染的作用靶點和機制

近日，北京大學周德敏、張禮和研究團隊發現三萜天然產物廣譜抑制流感、埃博拉和HIV病毒感染的共性作用靶點和機制，成果「Triterpenoids manipulate a broad range of virus-host fusion via wrapping the HR2 domain prevalent in viral envelopes」發表在SCIENCE子刊《Science Advances》上，（論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaau8408）有助於揭開傳統中藥抗病毒的神秘面紗。

我國擁有悠久的中草藥歷史，在數千年的文化傳承和歷史積澱過程中，收錄並記載了許多如板藍根、柴胡、葛根等與抗病毒功能相關的天然中草藥。三萜是一類以疏水五環骨架為特徵的次生植物代謝物，通常認為是植物防禦病原體感染的重要化學成分，廣泛存在於自然界，也推測是民間藥物中具有重要生物活性的成分，但其真實性及分子機制尚待闡明。周德敏、張禮和研究團隊基於團隊和他人發現的齊墩果酸、合歡酸、白樺脂酸等三萜天然產物拮抗流感病毒和HIV病毒感染的工作基礎，最新發現這類物質同樣抑制埃博拉病毒的感染。

為了揭示這類三萜天然產物廣譜拮抗病毒感染的作用機制，該團隊以三萜先導物為母核、以構效關係為引導，巧妙設計了末端兼帶炔基和光交聯基團的可溶性分子探針，繼而與病毒/細胞培養液共孵育、光照激活，實現了三萜探針與靶蛋白共價交聯，之後通過與含疊氮基團的生物素Click反應，最後捕獲、富集和質譜組學證實交聯蛋白為病毒膜蛋白。

更進一步研究人員對三萜先導物-病毒蛋白複合物進行氨基酸替換、SPR和核磁共振綜合分析，解析出三萜先導物結合到一個稱為HR2的七肽片段，並覆蓋其螺旋構型表面。HR2是包括流感、埃博拉和HIV病毒等I型RNA病毒膜蛋白所高度保守的α螺旋樣序列，其通過與相鄰的、由另一個高度保守的呈α螺旋樣序列HR1相互作用形成HR1-HR2三聚體髮夾狀結構，拉近病毒與細胞膜進而促進其融合。三萜化合物正是通過其疏水五環骨架覆蓋在HR2螺旋表面，阻礙了病毒-細胞膜融合所依賴的、HR1-HR2親和導致三聚體髮夾狀結構形成這一保守路徑，從而表現出廣譜的抗病毒活性，也使HR2從被認為是一個「undruggable target」變為「druggable target」，為抗病毒藥物的研發提供了新的作用靶點和先導結構。

病毒在組成、結構和複雜性方面存在顯著差異，生命進化史上的起源也不清楚。三萜天然產物的廣泛存在，特別是其通過結合病毒膜蛋白HR2賦予植物宿主自我化學防護功能，提示三萜類天然物可能是大自然調控病毒與宿主識別的進化產物，為「病毒家族從一個共同祖先進化而來」的學說提供有力的支持，也有助於揭開傳統中藥抗病毒的神秘面紗。我國中草藥資源豐富，其中含有豐富且結構多樣的酚類、多酚類、單寧類、萜烯類和生物鹼等天然產物，均是長期的生物進化和自然選擇的結果。基於傳統中草藥所含的天然產物的化學生物學研究，有可能是探討生命本質、認識疾病的發生髮展過程、進而發現先導藥物的重要途徑。

司龍龍（左）、周德敏（中）、張禮和（右）

博士研究生司龍龍為本論文的第一作者，北京大學藥學院天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室為通訊單位。該工作獲得了基金委、科技部多個基金項目的支持。

【摘要】

A trimer-of-hairpins motif has been identified in triggering virus-cell fusion within a variety of viral envelopes. Chemically manipulating such a motif represents current repertoire of viral fusion inhibitors. Here, we report that triterpenoids, a class of natural products, antagonize this trimer-of-hairpins via its constitutive heptad repeat-2 (HR2), a prevalent α-helical coil in class I viral fusion proteins. Triterpenoids inhibit the entry of Ebola, Marburg, HIV, and influenza A viruses with distinct structure-activity relationships. Specifically, triterpenoid probes capture the viral envelope via photocrosslinking HR2. Profiling the Ebola HR2-triterpenoid interactions using amino acid substitution, surface plasmon resonance, and nuclear magnetic resonance revealed six residues accessible to triterpenoids, leading to wrapping of the hydrophobic helix and blocking of the HR1-HR2 interaction critical in the trimer-of-hairpins formation. This finding was also observed in the envelopes of HIV and influenza A viruses and might potentially extend to a broader variety of viruses, providing a mechanistic insight into triterpenoid-mediated modulation of viral fusion.

來源：天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室

編輯：ipsvirus

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