較真丨清華等團隊從蝙蝠中發現新冠病毒抑製劑，對新藥研發有何意義？

較真要點：

查證者：VC丨病原生物學博士，科普作者

3月31日，清華大學結構生物學高精尖創新中心、杜克-新加坡國立大學醫學院等團隊發表了一項名為“Orthogonal genome-wide screenings in bat cells identify MTHFD1 as a target of broad antiviral therapy”的研究（未經同行評議），研究者從蝙蝠細胞的基因中篩選發現了MTHFD1基因，這個基因所表達的亞甲基四氫葉酸脫氫酶可以促進病毒的複製，而黏菌的代謝產物carolacton可以抑製該酶的活性，從而有效抑製新冠病毒複製。

一、MTHFD1基因是怎麽篩選出來的？

1、實驗細胞溯源

實驗的對象是蝙蝠來源的腎髒上皮細胞Paki細胞。對於Paki細胞，可以追溯到2009年，同樣也是此次研究的作者之一的王林發教授發表的一篇文章。

作者當時將從蝙蝠的各種組織裡提取的細胞進行原代培養（由體內取出組織或細胞進行的首次培養），原代培養一般只能培養10代左右就會死亡，不能長期培養，所以實驗室經常使用的細胞都是永生化的，比如癌細胞等等，因而作者開始對分離的蝙蝠細胞進行永生化。永生化的細胞便於實驗研究。

用的策略有兩種：一種是使用猿猴病毒40（SV40）的大T抗原誘導細胞的癌變實現永生化，另外一種策略是通過外源表達端粒酶實現細胞永生。我們知道染色體是線性的DNA，DNA複製的時候其長度是在不斷縮短的，縮短的部分就是端粒。端粒縮短到最後染色體就不能再複製，細胞就會死亡。而端粒酶（TERT）在某些細胞，比如癌細胞中表達豐富，可以延長端粒，使得這些細胞的壽命不受限制。所以轉入端粒酶也可以使得原代細胞永生化。

作者雖然原代培養了很多蝙蝠組織，但是通過以上兩種方法最終實現永生化的只有四個組織來源的成功了：腦（brain）、肺（lung）、腎（kidney）和胎獸（Foetus）。而清華等團隊此次研究使用的就是來源於蝙蝠腎髒組織的建系細胞——PaKi。

2、怎麽能知道哪些基因參與了病毒的複製？

不管什麽生物，其基因數量都是龐大的，怎麽在茫茫基因庫中找尋到可以影響病毒複製的關鍵基因呢？

此次研究者首先通過CRISPR全基因組敲除篩選，使甲型流感病毒感染蝙蝠的腎上皮細胞Paki細胞，篩選出了20多個流感病毒複製所依賴的關鍵基因。又用腮腺炎病毒感染細胞，通過RNA干擾（RNAi）的方式篩選出了另一部分腮腺炎病毒複製依賴的基因。

這兩個篩選策略篩選到的基因主要與蛋白分泌（與病毒出胞相關）、內吞（與病毒入胞相關）和蛋白翻譯起始相關，且兩組篩選到的基因裡，都有MTHFD1。

3、篩選到的MTHFD1是不少RNA病毒複製的必需基因，

研究發現，缺失了MTHFD1之後，流感病毒、腮腺炎病毒和寨卡病毒的複製水準都會降低。

二、MTHFD1如何影響病毒複製？該基因在人與蝙蝠中表達水準有何不同？

既然已經篩選到了MTHFD1，那麽這個基因所表達蛋白的什麽特性起到了輔助病毒複製的作用呢？

MTHFD1表達的亞甲基四氫葉酸脫氫酶具有幾個不同的催化活性，包括脫氫酶、環化水解酶和四氫葉酸合成酶三種活性，研究發現，合成酶結構域突變的MTHFD1將不能輔助病毒的複製。所以，對於病毒複製來說，MTHFD1的關鍵功能在於合成酶這一步，亞甲基四氫葉酸脫氫酶可以幫助催化病毒合成新的核苷酸。

既然MTHFD1是利用蝙蝠篩選出來的基因，那麽這個基因在蝙蝠和人體裡面表達水準有何不一樣呢？

研究發現，MTHFD1這個基因在黑妖狐蝠（或中央狐蝠）、大長舌果蝠兩種果蝠裡的表達水準要低於人類，此處用的人的細胞包括胚胎腎髒細胞（293T）、肺腺癌細胞（A549）和肝癌細胞（Huh7）。在肝髒和脾髒的組織中，兩種果蝠的MTHFD1表達水準也低於人類。

這可能暗示了為什麽病毒在蝙蝠中致病性會弱，推測是因為MTHFD1在蝙蝠體內表達水準偏低，進而導致病毒在蝙蝠裡的複製水準可能要低於人類。

三、如何利用這個靶標研發新藥？

既然已經知道了MTHFD1的合成酶功能可以顯著促進病毒的複製，那麽有沒有抑製這個酶活性的抑製劑呢？有的話它是不是可以作為抑製病毒複製的廣譜抗病毒藥物？

實際上還真有，這就是一種來源於大自然的的產物——carolacton。這種分子來自於纖維囊黏液杆菌（myxobacterium Sorangium cellulosum）。

作為黏菌來源的代謝產物，首先想到的肯定是用於細菌感染的治療，實際上carolacton是一種對致病突變肺炎鏈球菌（mutant S. pneumo年e）形成生物膜的有效抑製劑。

2017年的一項研究表明carolacton可以抑製MTHFD1酶的活性，有效濃度是納摩爾級別。既然能抑製MTHFD1，那麽carolacton是不是可以抑製依賴MTHFD1複製的病毒呢？答案是肯定的。

此次研究發現carolacton對寨卡病毒和腮腺炎病毒的半數有效抑製濃度（抑製一半病毒複製需要的濃度）都在納摩爾級別（0.24μM和0.12μM），而且半數細胞毒性（引起一半細胞死亡的濃度）在10μM以上（換算出的選擇指數SI＞41.7、83）。

目前新冠病毒正在流行，作為蝙蝠來源的病毒，carolacton是不是對新冠病毒也有抑製作用？答案也是肯定的——半數有效抑製濃度為0.14μM。相比較之下，比之前石正麗研究員篩選瑞德西韋得到半數有效抑製濃度0.77μM要低。

和之前日本東京大學通報的萘莫司他一樣，carolacton針對的靶點是宿主分子，不像瑞德西韋針對的靶標是病毒蛋白，所以它有可能可作為一種廣譜的抗病毒分子助力新冠病毒藥物研發，並且不太可能產生耐藥性。不過carolacton在體內使用是否具有毒性還需要進一步的評價。

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