裂谷熱病毒(Rift Valley fever virus, RVFV)是一種可通過蚊媒傳播的高致病性人畜共患病原體,主要流行于非洲地區(qū),致死率可達(dá)10%,并存在向其他地區(qū)擴散的潛在風(fēng)險。由于RVFV屬于生物安全三級(BSL-3)病原體,其高危險性嚴(yán)重限制了相關(guān)基礎(chǔ)研究及抗病毒策略的開發(fā)。目前,針對該病毒仍缺乏獲批的特效藥物和疫苗。
近日,復(fù)旦大學(xué)張榮團隊在《Virologica Sinica》發(fā)表了題為“Single-cycle Rift Valley fever virus particles from stable replicon cells enable discovery of antiviral CNX-1351 for multiple RNA viruses”的研究論文。該研究成功構(gòu)建了可穩(wěn)定傳代的RVFV復(fù)制子細(xì)胞系,并在此基礎(chǔ)上建立了高效包裝單輪感染病毒樣顆粒(Virus Replicon Particles, VRPs)的系統(tǒng)。利用這一系統(tǒng),研究團隊篩選出具有廣譜抗RNA病毒活性的化合物CNX-1351,為抗病毒藥物研發(fā)等提供了新的高效平臺與策略。
研究主要亮點包括:
安全穩(wěn)定的實驗系統(tǒng):成功構(gòu)建可穩(wěn)定傳代的RVFV復(fù)制子細(xì)胞系(BHK-MP-12-Rep),包裝出的病毒顆粒僅能完成單輪感染,無法繼續(xù)擴散,顯著降低了生物安全風(fēng)險。
靈活通用的平臺設(shè)計:該系統(tǒng)可兼容不同毒株的糖蛋白(如MP-12疫苗株及ZH548野毒株等),便于研究病毒進入機制、疫苗效價評估和中和抗體評價。
高效藥物篩選應(yīng)用:利用該單輪感染系統(tǒng)對3185種化合物進行高通量篩選,發(fā)現(xiàn)CNX-1351不僅能有效抑制RVFV,還對發(fā)熱伴血小板減少綜合征病毒(SFTSV)、基孔肯雅病毒(CHIKV)、寨卡病毒(ZIKV)等多種RNA病毒具有抑制作用。在高通量藥物篩選、病毒入胞與復(fù)制過程的藥效評價等提供了實用的工具。
復(fù)制子細(xì)胞系及單輪感染病毒顆粒的構(gòu)建
研究團隊通過分子生物學(xué)方法對RVFV MP-12疫苗株基因組進行改造:剔除M節(jié)段,并在S節(jié)段中使用“mGreenLantern綠色熒光蛋白-P2A-嘌呤霉素抗性基因”替換非結(jié)構(gòu)蛋白NSs。隨后,在表達(dá)T7 RNA聚合酶的BHK-21細(xì)胞中,借助輔助質(zhì)粒提供病毒糖蛋白(Gn/Gc),成功包裝出單輪感染性復(fù)制子顆粒(VRPs)。感染野生型BHK-21細(xì)胞后,經(jīng)嘌呤霉素篩選獲得可穩(wěn)定攜帶L和S節(jié)段的復(fù)制子細(xì)胞系。該細(xì)胞系不僅可用于病毒復(fù)制機制研究,也為抗病毒藥物的篩選提供了可靠工具。
在此基礎(chǔ)上,通過在復(fù)制子細(xì)胞中轉(zhuǎn)染表達(dá)Gn/Gc的質(zhì)粒,可高效包裝出病毒滴度穩(wěn)定在>10? IU/mL的單輪感染顆粒,完全滿足常規(guī)實驗需求。連續(xù)傳代實驗進一步驗證了該系統(tǒng)的安全性與單輪感染特性。此外,通過替換不同來源的糖蛋白,可靈活制備嵌合型單輪感染顆粒,擴展了該系統(tǒng)在交叉毒株研究中的應(yīng)用潛力(圖1)。
圖1. 復(fù)制子細(xì)胞系及單輪感染病毒顆粒的構(gòu)建
基于單輪感染顆粒的抗病毒藥物篩選
研究人員在Huh-7細(xì)胞中預(yù)處理10 μM濃度的化合物庫,之后以0.5 MOI的RVFV單輪感染顆粒侵染24小時,并利用高內(nèi)涵成像系統(tǒng)分析病毒感染率與細(xì)胞毒性。從3185種化合物中初步篩選出10種候選分子,經(jīng)進一步驗證確定CNX-1351和鹽酸石蒜堿(Lycorine hydrochloride)具有顯著抗病毒活性與較高安全性(圖2)。
其中,CNX-1351此前并未有抗病毒相關(guān)報道,該化合物原作為PI3Kα亞型的共價抑制劑用于抗癌藥物研發(fā)。通過時間加入實驗和布尼亞病毒微型基因組系統(tǒng)分析,研究團隊證實CNX-1351主要作用于病毒復(fù)制階段。
圖2.基于單輪感染顆粒的抗病毒藥物篩選
值得注意的是,CNX-1351表現(xiàn)出廣譜抗RNA病毒活性,對裂谷熱病毒、拉克羅絲病毒(LACV)、發(fā)熱伴血小板減少綜合征病毒、寨卡病毒和基孔肯雅病毒均呈現(xiàn)劑量依賴性抑制效果。機制研究表明,該化合物可顯著影響PI3K–Akt信號通路下游基因表達(dá)。使用另一PI3K通路抑制劑LY294002也能模擬其抗病毒表型,進一步說明調(diào)控宿主PI3K–Akt通路可能是應(yīng)對多種RNA病毒的有效策略。
該項研究不僅為RVFV基礎(chǔ)研究提供了安全、穩(wěn)定且操作簡便的平臺系統(tǒng),也揭示了一條通過靶向宿主信號通路實現(xiàn)廣譜抗病毒的新途徑。這一系統(tǒng)還有望應(yīng)用于病毒檢測、疫苗研發(fā)與中和抗體評價等領(lǐng)域,為未來新發(fā)突發(fā)病毒疫情的防控提供重要的技術(shù)支撐。
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