靶向冠状病毒离子通道可能会产生新的 Covid-19 药物

SARS-CoV-2病毒的基因组编码29种蛋白质，其中一种是称为E的离子通道。该通道运输质子和钙离子，诱导受感染的细胞引发炎症反应，从而损害组织并导致 Covid-19 症状。

麻省理工学院的化学家现在已经发现了这个通道的“开放”状态的结构，它允许离子流过。这种结构与同一实验室在2020年报告的“封闭”状态结构相结合，可以帮助科学家弄清楚是什么触发了通道的打开和关闭。这些结构还可以指导研究人员开发阻断通道并帮助预防炎症的抗病毒药物。

“E通道是抗病毒药物靶标。如果你能阻止通道将钙输送到细胞质中，那么你就有办法减少病毒的细胞毒性作用，“麻省理工学院化学教授，该研究的资深作者Mei Hong说。

麻省理工学院博士后Joao Medeiros-Silva是该研究的主要作者，该研究今天发表在 《科学进展》上。麻省理工学院博士后Aurelio Dregni和Pu Duan以及研究生Noah Somberg也是该论文的作者。

打开和关闭

Hong在研究嵌入细胞膜的蛋白质结构方面拥有丰富的经验，因此当2020年Covid-19大流行开始时，她将注意力转向了冠状病毒E通道。

当SARS-CoV-2感染细胞时，E通道会嵌入围绕称为ER-高尔基体中间区室（ERGIC）的细胞器的膜内。ERGIC内部具有高浓度的质子和钙离子，E通道将其从ERGIC运输到细胞质中。质子和钙的流入导致称为炎症小体的多蛋白复合物的形成，从而诱导炎症。

为了研究膜嵌入的蛋白质，如离子通道，Hong开发了使用核磁共振（NMR）波谱来揭示这些蛋白质的原子级结构的技术。在以前的工作中，她的实验室使用这些技术发现了一种称为M2质子通道的流感蛋白的结构，该蛋白与冠状病毒E蛋白一样，由几种螺旋蛋白组成。

在大流行初期，Hong的实验室使用核磁共振分析了中性pH下冠状病毒E通道的结构。由此产生的结构于 2020 年报道，由五个螺旋紧密捆绑在一起，似乎是通道的封闭状态。

“到2020年，我们已经成熟了所有的核磁共振技术来解决膜中这种α螺旋束的结构，因此我们能够在大约六个月内解决封闭的E结构，”Hong说。

一旦他们建立了封闭结构，研究人员就开始着手确定通道开放状态的结构。为了诱导通道采取开放的构象，研究人员将其暴露在更酸性的环境中，以及更高的钙离子水平。他们发现，在这些条件下，通道的顶部开口（将延伸到ERGIC的部分）变宽并涂有水分子。这种水涂层使通道更吸引离子进入。

该孔隙口还含有具有亲水侧链的氨基酸，这些氨基酸从通道中悬挂并有助于吸引带正电荷的离子。

研究人员还发现，虽然闭合通道在顶部有一个非常窄的开口，在底部有一个更宽的开口，但开放状态恰恰相反：顶部更宽，底部更窄。底部的开口还含有亲水氨基酸，有助于将离子吸入通道中间狭窄的“疏水门”，使离子最终进入细胞质。

在疏水门附近，研究人员还发现了一条紧密的“带”，它由三个拷贝的苯丙氨酸组成，苯丙氨酸是一种具有芳香侧链的氨基酸。根据这些苯丙氨酸的排列方式，侧链可以延伸到通道中以阻止它，或者摆动打开以允许离子通过。

“我们认为这三个规则间隔的苯丙氨酸残基的侧链构象在调节封闭和开放状态中起着重要作用，”Hong说。

病毒靶向

先前的研究表明，当SARS-CoV-2病毒发生突变以不产生E通道时，病毒产生的炎症要少得多，对宿主细胞造成的损害也更少。

Hong与加州大学旧金山分校的合作者合作，目前正在开发可以与E通道结合并防止离子通过它的分子，以期产生抗病毒药物，以减少SARS-CoV-2产生的炎症。

她的实验室还计划研究SARS-CoV-2后续变体中的突变如何影响E通道的结构和功能。在 Omicron 变体中，在孔隙开口中发现的亲水性或极性氨基酸之一突变为称为异亮氨酸的疏水性氨基酸。

“奥密克戎中的E变体是我们接下来要研究的东西，”洪说。“我们可以制造一个突变体，看看极地网络的破坏如何改变这种蛋白质的结构和动态方面。

该研究由美国国立卫生研究院和麻省理工学院斯隆基金资助。