2022年3月，北京大學(xué)免疫學(xué)系與天然藥物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在《Frontiers in Molecular Biosciences》期刊發(fā)表了題為《Tuftsin: A Natural Molecule Against SARS-CoV-2 Infection》的研究論文。該研究首次揭示天然免疫肽Tuftsin通過靶向ACE2與NRP1受體抑制新冠病毒感染的分子機(jī)制，為COVID-19治療藥物開發(fā)提供了新方向。

一 研究背景與意義

盡管新冠疫苗已廣泛應(yīng)用，但病毒變異與抗體效力的不確定性仍威脅全球公共衛(wèi)生安全。Tuftsin作為一種天然免疫調(diào)節(jié)肽，因其低毒性、高穩(wěn)定性和廣譜免疫活性備受關(guān)注。北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過整合生物信息學(xué)、分子模擬與生物物理技術(shù)，系統(tǒng)驗(yàn)證了Tuftsin阻斷病毒入侵的分子機(jī)制，為基于天然分子的抗病毒策略提供了重要理論依據(jù)。

二 分子對(duì)接：鎖定藥物與受體的精準(zhǔn)結(jié)合

實(shí)驗(yàn)思路與設(shè)計(jì)

研究團(tuán)隊(duì)采用Discovery Studio 2021軟件，對(duì)Tuftsin與ACE2（PDB ID: 1R42）、NRP1（PDB ID: 2QQ1）進(jìn)行柔性分子對(duì)接。通過定義病毒S1蛋白結(jié)合域?yàn)榛钚晕稽c(diǎn)，模擬Tuftsin與受體的空間結(jié)合模式，并計(jì)算結(jié)合自由能。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

1.高親和力結(jié)合：Tuftsin與ACE2結(jié)合自由能為-6.9 kcal/mol，與NRP1結(jié)合自由能達(dá)-8.1 kcal/mol，表明自發(fā)穩(wěn)定結(jié)合。

2. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Tuftsin通過氫鍵、鹽橋等作用占據(jù)ACE2的Q24、M82等關(guān)鍵殘基，與NRP1的D320、E348等結(jié)合位點(diǎn)重疊，直接阻斷S1蛋白與宿主受體的互作。

三 SPR技術(shù)：實(shí)時(shí)驗(yàn)證分子互作的“金標(biāo)準(zhǔn)”

實(shí)驗(yàn)策略

利用Biacore T200系統(tǒng)，將重組ACE2/NRP1固定于CM5芯片表面，通過梯度濃度Tuftsin溶液（15.6-1000 μM）進(jìn)行實(shí)時(shí)結(jié)合動(dòng)力學(xué)檢測(cè)，并采用穩(wěn)態(tài)親和模型計(jì)算解離常數(shù)（K_D）。

突破性結(jié)論

1.直接結(jié)合證據(jù)：SPR數(shù)據(jù)顯示Tuftsin與ACE2的K_D為460 μM，與NRP1的K_D低至10.65 μM，證實(shí)其特異性結(jié)合能力。

2. 劑量依賴性抑制：競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)表明，625 μM Tuftsin可完全阻斷S1蛋白與ACE2的結(jié)合，抑制效率達(dá)100%，為臨床劑量設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵參數(shù)。

四技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

本研究成功展示了分子對(duì)接與SPR技術(shù)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)：
? 分子對(duì)接：快速篩選潛在結(jié)合位點(diǎn)，降低實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)成本；
? SPR技術(shù)：實(shí)時(shí)、定量解析分子互作動(dòng)力學(xué)，為藥物效價(jià)評(píng)估提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
   兩種技術(shù)的結(jié)合，可顯著加速?gòu)奶摂M篩選到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研發(fā)流程，尤其適用于抗病毒藥物、抗體工程等前沿領(lǐng)域。

FIGURE 3 | The binding of tuftsin to ACE2 and NRP1 was determined by SPR assay. (A) (Left) Binding curves of tuftsin with ACE2. The KD of the ACE2 protein with

a series of concentrations of tuftsin was calculated by using a 1:1 binding model. Data are presented as response units (RU) over time (S). (Right) The fitting carve of tuftsin

with ACE2. (B) (Left) Binding curves of tuftsin with NRP1. The KD of the NRP1 protein with a series of concentrations of tuftsin was calculated by using a 1:1 binding

model. Other interpretations are the same as above. (Right) The fitting carve of tuftsin with NRP1.

FIGURE 4 | Tuftsin inhibits the SARS-CoV-2 S1 binding to ACE2. The binding activity of SARA-CoV-2 S1-protein to ACE2 in the presence of increasing concentrations of tuftsin. The gray “blank” line represents the binding response of S1-protein with ACE2 alone for negative control. Then, multiple concentrations of tuftsin were added based on the “blank” for comparison. Intensive concentrations of tuftin showed enhanced inhibitory effects.

Huang J, Wang J, Li Y, Wang Z, Chu M, Wang Y. Tuftsin: A Natural Molecule Against SARS-CoV-2 Infection. Front Mol Biosci. 2022 Mar 23;9:859162. doi: 10.3389/fmolb.2022.859162. PMID: 35402510; PMCID: PMC8984176.

研錦生物可以利用基于靶點(diǎn)或小分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)方法，對(duì)可購(gòu)買化合物、天然產(chǎn)物等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行虛擬篩選，并獲得潛在活性的化合物列表供進(jìn)一步活性實(shí)驗(yàn)確證。面向制藥企業(yè)和科研院所，可提供一站式的早期藥物研發(fā)服務(wù)，包括虛擬藥物篩選、先導(dǎo)優(yōu)化、靶標(biāo)預(yù)測(cè)、 動(dòng)力學(xué)模擬等，涉及小分子化學(xué)藥、生物藥、中藥等多種新藥類型，為您提供優(yōu)質(zhì)的藥物發(fā)現(xiàn)服務(wù)

 聯(lián)系我們 

技術(shù)交流 | 業(yè)務(wù)咨詢

郵件：[email protected]

電話 | 微信：15337192895 (張老師）

Yangenebio對(duì)于中藥及小分子藥物研究，建立了一套完整的技術(shù)服務(wù)體系：

武漢研錦生物科技有限公司（YanGeneBio）提供產(chǎn)品：

1,天然產(chǎn)物、中藥、代謝物等化合物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)及SPR親和力驗(yàn)證解決方案：

1）中藥／復(fù)方的有效成分高精度鑒定，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析及SPR驗(yàn)證互作；

2）化合物釣靶（標(biāo)記法）:ABPP釣靶（特異性強(qiáng)，重復(fù)性高，細(xì)胞水平釣靶）；

3）化合物釣靶（非標(biāo)記法）:Lip-MS/CETSA（細(xì)胞、組織裂解液水平釣靶）；

4)SPR/MST/BLI/ITC/DSF等策略檢測(cè)分子間親和力；

5）藥﹣靶結(jié)合位點(diǎn)分析（Lip-MS+分子對(duì)接鑒定純蛋白與化合物互作位點(diǎn)）；

6）蛋白-蛋白結(jié)合位點(diǎn)分析（交聯(lián)質(zhì)譜+分子對(duì)接鑒定2個(gè)純蛋白間互作位點(diǎn)）；

7）ABPP-WB/CETSA-WB 在細(xì)胞水平鑒定藥物與靶點(diǎn)蛋白互作分析；

8）提供真核、原核蛋白表達(dá)純化服務(wù)；

9）提供定制化基因敲除細(xì)胞模型驗(yàn)證藥物活性；

10）基于分子對(duì)接等策略提供化合物高通量虛擬篩選技術(shù)服務(wù)；

11）提供蛋白、抗體芯片篩選服務(wù)：磷酸化抗體芯片，炎癥因子蛋白芯片等檢測(cè)服務(wù)；

12）提供Olink多因子蛋白組學(xué)檢測(cè)服務(wù)。

2,提供重組活性細(xì)胞因子產(chǎn)品：應(yīng)用類器官培養(yǎng)、完全培養(yǎng)基添加劑、干細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞治療等領(lǐng)域。

3,提供分子互作儀、細(xì)胞電轉(zhuǎn)儀、蛋白純化儀、核酸合成儀及純化儀等設(shè)備。