質譜發威！德國科學家給新冠做絕育！有望消滅新冠

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新冠病毒“絕育”

德國法蘭克福大學2020年5月14日發表公告，借助一種新型質譜分析技術，科研人員目前已經找到了新冠肺炎一處“弱點”，針對性使用抑制劑可阻止病毒的復制，達到使新冠病毒“絕育”的目的。

生命科學界一片沸騰，有的說今年諾貝爾獎沒跑的，有的說這是“*八大奇跡”的，很多研究者非常感興趣德國科學家到底借助什么樣的新質譜分析技術，來找到新冠“弱點”，為病毒做絕育手術的。

下面小編就來跟大家分析下該實驗室在《自然》雜志上發表的文章，帶大家學習基于Orbitrap質譜技術研究新冠的新思路。

該技術是由法蘭克福大學醫學病毒學研究所的Jindrich Cinatl教授和歌德大學醫學院的Christian Münch教授團隊開發的一種新穎的多重增強蛋白質動力學(multiplexed enhanced protein dynamicsme, mePROD)方法進行蛋白質組學分析，能夠在高時間分辨率下確定轉錄組和蛋白質組的變化，加速確證病毒致病性相關的生物途徑以及尋找潛在的藥物靶標。

這個技術正是探索新冠的“利器”。

接下來，小編帶你一起探索這項“新型質譜技術”

01構建細胞感染模型

想要開展該研究的重點取決于兩點：

1. 是否有合適的允許病毒感染的細胞培養模型；2.對蛋白質進行時間感染特征分析的敏感蛋白質組學方法。

該研究建立針對SARS-CoV-2高度兼容的細胞模型，在病毒感染24小時后就能迅速見到細胞致病作用 (圖1A)。在病毒感染細胞后的2h、6h、10h和24h，分別用定量PCR技術測量上清液中的病毒RNA拷貝數，發現感染后SARS-CoV-2 RNA數量不斷增加（圖1B）。這表明模型可以用于研究細胞中SARS-CoV-2。

圖1.  SARS-CoV-2 在細胞內快速復制模型。A, 病毒感染24小時后的細胞形態變化;  B, 細胞上清液中病毒RNA拷貝數的增加。

02翻譯抑制劑防止SARS-CoV-2病毒復制

建立好模型，研究人員需要利用一種高效的方法確定SARS-CoV-2感染的時間分布，這時候mePROD蛋白質組學方法應運而生，即基于Orbitrap高分辨質譜儀聯用新蛋白代謝標記（SILAC）和串聯質量標簽（TMT）兩種標記方法，進行蛋白差異分析。

圖2. mePROD蛋白質組學實驗流程

（點擊查看大圖）

抑制宿主翻譯先前已被用作治療MERS-CoV等多種冠狀病毒感染性疾病。與其他病毒抑制宿主蛋白的合成從而增加病毒蛋白的合成不同，該方法挖掘數據表明SARS-CoV–2僅引起宿主翻譯能力的微小變化，作者推測SARS-CoV-2復制可能對翻譯抑制更為敏感。通過測試了兩種翻譯抑制劑，即環己酰亞胺（cycloheximide, 翻譯延伸抑制劑）和曲美汀（emetine, 抑制40S核糖體蛋白S14）。在無毒濃度下，兩個化合物均對SARS-CoV-2復制產生了顯著抑制作用從而發現翻譯抑制劑是細胞中SARS-CoV-2復制的有效抑制劑。

圖3. 環己酰亞胺和曲美汀對病毒復制的抑制作用。

（點擊查看大圖）

03發現潛在的抗病毒靶標

重點來了，通過前期蛋白質組學大數據挖掘，目前一張藍圖已展現在眼前，下一步的重中之重就是探究與病毒蛋白共同增加的宿主蛋白，從而尋求潛在的SARS-CoV-2復制抑制劑。

作者分析了與病毒蛋白變化趨勢相似的蛋白，在數據中富集的代謝途徑主要由不同的核酸代謝子途徑組成。基于此，研究者測試核苷酸合成抑制劑對細胞中SARS-CoV-2復制的影響，高達10 µM的布雷奎納（brequinar，抑制雙氫乳清酸脫氫酶并不具有抗病毒的作用。相比之下，低濃度下的利巴韋林（ribavirine，抑制肌苷一磷酸脫氫酶）即可抑制SARS-CoV-2復制（圖4C），這表明利巴韋林是可以進行進一步檢測的候選藥物。

此外，與蛋白質折疊相關的蛋白變化與病毒蛋白質較為一致，p97是AAA家族的六聚體ATPase酶，也是真核生物豐富的蛋白之一，通過調節蛋白的穩定性來執行一系列生物學功能，參與膜融合、蛋白降解等過程。測試p97的小分子抑制劑NMS–873對SARS-CoV-2復制的影響。研究表明，NMS–873在低納摩爾濃度下即可*抑制SARS-CoV–2（圖4D）。

圖4. 核酸代謝相關的蛋白水平與病毒基因表達相關。A, 病毒蛋白隨感染時間的變化；B, 宿主蛋白與病毒蛋白關聯的GO分析；C, D, Ribavirin和NMS–873的抗病毒實驗。

結論：

此項技術將把人類與新冠病毒的戰斗帶到一個“新紀元”。它雖然無法消滅已經存在的病毒，但可以把病毒絕育封存在細胞內部。絕育后，新冠肺炎病毒可怕的高傳染性將不復存在，且因為體內病毒不再持續分裂復制，引發并發癥的概率會減至低，死亡率也會隨之下降。

毫無疑問，這種病毒“絕育術”，作為一種醫療手段很具有創新性。研發藥物比疫苗要快得多，或許在疫苗到來之前，這種方法是人類目前可以看到希望的另一種新技術。

該實驗室研究給病毒研究打開了一扇新“天窗”，在面臨新冠病毒不斷變異而手足無措時，提供新思路。如果后續能發現嚴重威脅人類健康的艾滋病毒，乙肝病毒的弱點，也可以研制出有效抑制劑來阻斷病毒的復制，幫助到更多的患者。

參考文獻：

SARS-CoV-2 infected host cell proteomics revealpotential therapy targets, DOI:10.21203/rs.3.rs-17218/v1

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