[转移贴]-PLoS Pathog：中科院阐明抗流感药物分子作用机理

rojjer

原帖由ipsvirus发表2011年

人类与流感的战争，从未停止过。流感病毒就像一个难以捉摸的对手，它有时微不足道，有时却又十分致命。人类从未远离它，但又难以认识它。 进入分子生物学时代，科学家借助新的实验手段，终于能深入这场战争的腹地，摸清这个敌人的样貌。 2009年，美籍青年科学家Christopher Jr Vavricka受中科院“外籍青年科学家计划”资助，到中科院微生物所高福课题组开展博士后研究。两年下来，他同实验室成员一道，在流感病毒与结构免疫学方面取得了许多重要进展，也为中科院国际科技合作注入了新的血液。 10月21日，《公共科学图书馆—病原学》杂志发表了Vavricka等人的最新研究，该研究第一次从蛋白水平上，系统全面地比较了4种抗流感药物对流感病毒上3种不同结构蛋白的抑制效果和结合模式差异。 保守的神经氨酸酶 流感病毒的高度变异性，是人类难以攻克流感的关键。 因此，科学家们开始在千变万化的流感病毒上寻求不变的地方。神经氨酸酶（NA）是位于流感病毒囊膜表面的重要糖蛋白，在病毒侵染末期催化新生病毒颗粒的释放，帮助病毒粒子迁移。 NA功能上的重要性和结构上的保守性，使它成为重要的药物靶点。达菲（Oseltamivir）和乐感清（Zanamivir）就是根据NA结构设计的传统靶向性抑制剂。 A型流感病毒的NA有9个血清型：N1~N9，根据序列特点，它们可分为两组：第一组（N1，N4，N5和N8）和第二组（N2，N3，N6，N7和N9）。第一组和第二组NA最主要的区别在于第一组NA的酶活区域有一个150-洞。 在2009甲型H1N1大流感暴发之际，微生物所高福研究员带领课题组研究人员启动了对2009甲型H1N1大流感NA蛋白的相关研究。 2010年，研究人员发现，09N1序列上属于第一组NA成员，结构上却缺乏了第一组NA所特有的150-洞，该研究成果发表在《自然—结构与分子生物学》上。 高福课题组对流感病毒的深刻理解获得了国内外同行的广泛关注。Vavricka也应邀在《科学通报》杂志上撰写封面文章，对2009甲型H1N1流感病毒表面两个重要蛋白——血凝素（HA）和NA的特点作了详细分析。 破解药物作用奥秘 然而，道高一尺，魔高一丈。随着达菲给药的增多，2009年8月14日，香港出现了首例对达菲呈抗药性的“甲流”病例。同年11月，英美两国在同一天报告了9例抗药病例。 耐药毒株的出现，加速了一些新型NA抑制剂的研发。2010年4月，日本批准使用了Laninamivir及其前药CS-8958，用于治疗对达菲具有抗药性的流感病毒感染。 此前，人们已经在病毒水平上了解了几种抗甲流药物的抑制效果，但要真正与这个狡猾的对手过招，人类的认识恐怕还要深入到蛋白水平。 为了系统评价传统和新型NA抑制剂与不同组NA的结合模式和结构特征，Vavricka等选取N5、09N1和1957大流感的N2为研究对象，它们分别代表典型的第一组NA成员，非典型的第一组NA成员和典型的第二组NA成员，系统比较了这些体外制备的蛋白与4种NA抑制剂：达菲、乐感清、Laninamivir和CS-8958的结合特点。 Vavricka等人反复做了不下50次实验，终于拿到了可重复的结果。他们发现，两种新药Laninamivir和CS-8958与不同NA结合有组的偏好型，对第一组NA的抑制效果更好，研究人员还进一步解析了它们的结构基础。 “新药与达菲相比，与NA的结合没有那么紧密。但是它们对蛋白功能的抑制时间较长，因此属于长效药。”文章第一作者Vavricka说。 研究人员还发现，CS-8958与09N1和N2结合的模式差别很大，却与09N1-Oseltamivir的结合模式有一定的相似性，这些结果都为Osletamivir结合和耐受NA有组特异性的观点提供了新的视角。 课题组一位工作人员评价称：“这项研究虽然比较基础，但它比较了4种药物对3种蛋白的抑制效果，能够为药物设计提供新的思路。” （转自http://www.bioon.com/biology/Class18/508665.shtml） Structural and Functional Analysis of Laninamivir and its Octanoate Prodrug Reveals Group Specific Mechanisms for Influenza NA Inhibition Christopher J. Vavricka1#, Qing Li1,2#, Yan Wu1#, Jianxun Qi1, Mingyang Wang1,3, Yue Liu1, Feng Gao4, Jun Liu1, Enguang Feng5, Jianhua He6, Jinfang Wang5, Hong Liu5, Hualiang Jiang5, George F. Gao1,2,3,7* Abstract: The 2009 H1N1 influenza pandemic (pH1N1) led to record sales of neuraminidase (NA) inhibitors, which has contributed significantly to the recent increase in oseltamivir-resistant viruses. Therefore, development and careful evaluation of novel NA inhibitors is of great interest. Recently, a highly potent NA inhibitor, laninamivir, has been approved for use in Japan. Laninamivir is effective using a single inhaled dose via its octanoate prodrug (CS-8958) and has been demonstrated to be effective against oseltamivir-resistant NA in vitro. However, effectiveness of laninamivir octanoate prodrug against oseltamivir-resistant influenza infection in adults has not been demonstrated. NA is classified into 2 groups based upon phylogenetic analysis and it is becoming clear that each group has some distinct structural features. Recently, we found that pH1N1 N1 NA (p09N1) is an atypical group 1 NA with some group 2-like features in its active site (lack of a 150-cavity). Furthermore, it has been reported that certain oseltamivir-resistant substitutions in the NA active site are group 1 specific. In order to comprehensively evaluate the effectiveness of laninamivir, we utilized recombinant N5 (typical group 1), p09N1 (atypical group 1) and N2 from the 1957 pandemic H2N2 (p57N2) (typical group 2) to carry out in vitro inhibition assays. We found that laninamivir and its octanoate prodrug display group specific preferences to different influenza NAs and provide the structural basis of their specific action based upon their novel complex crystal structures. Our results indicate that laninamivir and zanamivir are more effective against group 1 NA with a 150-cavity than group 2 NA with no 150-cavity. Furthermore, we have found that the laninamivir octanoate prodrug has a unique binding mode in p09N1 that is different from that of group 2 p57N2, but with some similarities to NA-oseltamivir binding, which provides additional insight into group specific differences of oseltamivir binding and resistance.