新冠“报告”病毒助推药物筛选和疫苗研发

注：文末有研究团队简介 及本文科研思路分析

近日，美国得克萨斯大学医学分部（The University of Texas Medical Branch at Galveston, UTMB）史佩勇-谢旭平团队通过在新冠病毒基因组中嵌入荧光蛋白（mNG）或荧光素酶（Nluc）的基因，构建了新冠重组报告病毒。该报告病毒正在推动疫苗研发及药物筛选进程。

从2019年底爆发至今，新型冠状病毒（简称新冠病毒或者SARS-CoV-2）已在全球导致近四千万人感染，一百多万人死亡，引发了严重的人类健康危机，并危及世界经济安全。新冠病毒感染导致轻症（临床表现包括发热、四肢乏力、鼻塞、打喷嚏、干咳或腹泻等症状），亦可引起严重疾病（呼吸困难、持续性胸痛、急性呼吸窘迫综合症、脓毒症休克、全身炎症反应、代谢性酸中毒、急性心肌损伤、凝血功能障碍等并发症），甚至死亡。开发针对新冠病毒的特异性药物、快速检测方法及疫苗迫在眉睫。

现有药物库或化合物库中的候选药物种类繁多且数目巨大。传统的病毒筛查方法无法实现短期内从如此庞大的化合物库中筛选出特异性的抗新冠药物。新冠病毒血清学检测方法可用于监测无症状感染人群、康复病人及接种疫苗人群体内的中和抗体水平。随着新冠病毒的进一步感染及各种疫苗临床试验的推进，评估体内抗体是否可起到抑制新冠病毒的需求将愈加急迫。病毒噬斑减少实验（PRNT）是现有血清学检测方法中直接检测抗体中和活病毒的“金标准”。但该方法耗时长（3-4天）、单次检测样品少（或通量低），无法满足大规模样品检测需求。

图1. 新冠报告病毒应用于中和抗体检测。图片来源：Nat. Commun.

史佩勇-谢旭平团队通过前期的反式遗传系统构建的新冠报告病毒很好地弥补了上述不足。在病毒感染细胞过程中，报告病毒可产生高强度的荧光信号。荧光信号可通过荧光显微镜或者荧光检测仪进行定量分析。荧光信号的强弱可直接反映病毒含量的多少。他们将报告病毒应用于新冠病毒感染康复病人血清抗体的检测，获得了与“金标准”类似的结果。该检测方法缩短了检测时间（不到24小时），且极大提高了单次检测样品量（可在96-孔或384-孔筛选板中进行）；同时该方法显著提高了检测灵敏度。基于该平台的抗体检测方法已应用于辉瑞公司新冠疫苗研发中。

此外，他们将该报告病毒应用于抗病毒药物筛选，一次性筛查了43个现有抗病毒药物（如：艾滋病毒药物、丙型肝炎病毒药物、呼吸道融合病毒药物、流感病毒药物、抗疟疾药物等）对新冠病毒在细胞水平的抑制活性。他们发现瑞德西韦（Remdesivir）、奈非那韦（Nelfinavir）、芦平曲韦（Rupintrivir）、考比司他（Cobicistat）在体外（A549-ACE2细胞）表现出较强的抑制新冠病毒活性。基于报告病毒的抗病毒药物筛选方法可实现高通量药物筛选，实现从数目庞大的化合物库中快速找到潜在的抗新冠病毒药物。

图2. 新冠报告病毒应用于抗病毒药物筛选。图片来源：Nat. Commun.

这一成果发表在Nature Communications 上^[1-2]，美国得克萨斯大学医学分部助理教授谢旭平博士是文章的共同通讯作者。

论文信息：

1) Xie, X., Muruato, A.E., Zhang, X. et al. A nanoluciferase SARS-CoV-2 for rapid neutralization testing and screening of anti-infective drugs for COVID-19. Nat Commun, 11, 5214 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19055-7

2) Muruato, A. E., Fontes-Garfias, C. R., Ren, P., Garcia-Blanco, M. A., Menachery, V. D., Xie, X., & Shi, P. Y. (2020). A high-throughput neutralizing antibody assay for COVID-19 diagnosis and vaccine evaluation. Nature communications, 11(1), 4059.

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17892-0

3) Xie X, Muruato A, Lokugamage KG, Narayanan K, Zhang X, Zou J, Liu J, Schindewolf C, Bopp NE, Aguilar PV, Plante KS, Weaver SC, Makino S, LeDuc JW, Menachery VD, Shi PY. An Infectious cDNA Clone of SARS-CoV-2. Cell Host Microbe. 2020 May 13;27(5):841-848.e3.

https://doi.org/10.1016/j.chom.2020.04.004

史佩勇-谢旭平团队简介

史佩勇，美国得克萨斯大学医学分部讲席教授， 美国微生物学院士。主要研究领域是包括西尼罗病毒、登革病毒、寨卡病毒等黄病毒（flavivirus）及新冠病毒的基础病毒学及应用研究。在相关领域发表论文300余篇，包括以通讯作者发表的Nature，Cell， Science，Nature Medicine，Nature Communications，Cell Host & Microbe，Cell Reports 等。该团队在病毒反向遗传学系统建立、减毒活疫苗研发、血清学检测、药物筛选、致病性机制研究等方面取得了突出成就。

谢旭平，美国得克萨斯大学医学分部助理教授。2012年于中国科学院大学武汉病毒所获得博士学位；2012-2015在新加坡诺华热带疾病研究所工作；2016年起在美国得克萨斯大学医学分部工作。研究领域包括黄病毒复制及包装、新型疫苗研发、抗病毒药物筛选等。新冠病毒爆发后，其迅速构建了新冠病毒反式遗传系统（感染性克隆、复制子系统和报告病毒系统）。在相关领域发表论文60余篇，包括以第一作者和通讯作者(含共同)发表的Nature、Nat. Commun.、Cell Host & Microbe、PNAS、EBioMedicine等。目前开发的新冠病毒反式遗传系统及报告病毒系统正被世界各地研究所及制药名企广泛使用。

https://bmb.utmb.edu/bios/shi

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：我们的研究目标是将我们的实验成果应用于解决新发病毒的实际问题中。我们团队长期致力于RNA病毒特别是黄病毒的基础及应用（疫苗及抗病毒药物及检测方法）研究。当新冠病毒爆发时，我们意识到在接下来紧张的疫苗研发和药物筛选中，快速及准确的实验平台将起到非常重要的作用。如上所述，我们需要一个平台可以快速评估新冠疫苗或者自然感染是否可以在人体内或者动物模型体内产生功能性的抗体。对抗病毒药物研发而言，我们需要一个可以实现高通量药物筛选的平台，实现从数目庞大的化合物库中快速寻找潜在抗病毒药物。而报告病毒正具备上述特性，可以实现快速、高通量的需求。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项研究中最大的挑战是如何在极短的时间内克隆建立起稳定的新冠病毒反式遗传系统。我们的团队此前专注于黄病毒（病毒基因组较小），新冠病毒爆发后才开始在新冠病毒的研究。幸运的是，我们团队在操纵RNA病毒反式遗传系统方面的经验积累起了至关重要的作用。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：我们开发的新冠重组报告病毒具备高通量、高灵敏度等特点。目前，基于报告病毒的抗体检方法正被辉瑞等药企应用于新冠病毒疫苗的研发。我们相信这项研究成果也会为抗新冠病毒特异性药物研发产生极大的推动作用。