Biacore助力流感病毒跨种传播机制及药物研发

在如今后疫情时代的背景下，新冠未去，流感病毒又不时卷土重来。流感病毒由于基因容易发生变异，突变成新的流感病毒变异株，因结合诱发突变带来的耐药性一直困扰着抗病毒新药的发现，急需发展新型抗病毒药物。此外禽流感病毒频繁地从禽类跨物种直接传播感染人类，给人类健康和公共卫生安全埋下了巨大隐患。

Biacore作为分子互作的“金标准”，在新冠病毒入侵机制以及治疗性药物的研究中发挥了重要作用，今天就来看看Biacore在流感病毒的研究中提供了哪些核心数据。

哈尔滨兽医研究所在《PLoS Pathogens》发表的题为 “Selective usage of ANP32 proteins by influenza B virus polymerase: Implications in determination of host range”的文章中，揭示了B型流感病毒 (IBV) 感染的种间限制机制。文章认为病毒RNA聚合酶活性的关键宿主因子——ANP32家族中的ANP32A的物种差异决定了IBV的宿主范围。

禽类ANP32A (chANP32A) 有33个氨基酸序列插入，导致禽类ANP32A无法有效支持IBV的复制（图1A）。然而Co-IP的结果显示chANP32A/huANP32A/huANP32A+33均结合IBV聚合酶（图1B），由于Co-IP无法提供亲和力的定量数据，无法看到亲和力的差异性。

Biacore能够实时记录分子相互作用的全过程，除了得到定性数据之外，还能够得到准确的定量数据。Biacore结果显示，huANP32A、chANP32A与IBV的RNA聚合酶的亲和力有着显著差异（图2A/B），并且插入33个氨基酸的huANP32A+33与聚合酶的亲和力从0.05418 μM减弱至0.1013 μM。Biacore的定量数据有力证明33个氨基酸的插入降低了禽类ANP32A与IBV聚合酶的亲和力，致使禽类无法支持IBV的复制，造成了B型流感病毒感染的种间限制。

中科院微生物所发表多篇文章，解读各种亚型的禽流感病毒的跨种传播机制，文章认为HA受体结合偏好性的转变是流感病毒跨种传播的关键决定因素。研究中用Biacore验证了HA及其突变体与禽源唾液酸受体和人源唾液酸受体的结合亲和力（图3）。虽然不同亚型流感病毒HA跨种传播的分子机制有所差别，但这种演化趋势的阐明对于流感病毒的防控具有重要指导作用。

北京大学在《Journal of Medicinal Chemistry》发表的题为“Discovery of Pentacyclic Triterpenoids as Potential Entry Inhibitors of Influenza Viruses”的文章中，报道了自然界广泛存在的五环三萜类化合物具有抗流感病毒的活性。研究人员首先用Biacore验证了筛选得到的两个先导化合物Q8和Y3与病毒HA的结合，两者的亲和力分别为14 μM和6 μM（图4）。

研究人员猜想Y3是通过阻碍HA与唾液酸受体的结合发挥抗病毒的作用（图5A），在Biacore设计了竞争实验进行验证。实验中将唾液酸受体固定在芯片表面，检测其与HA的亲和力为70 nM，将Y3与HA预混后上样明显降低了两者的亲和力 (KD=844 nM) ，选择的阴性对照Arbidol对两者的结合没有影响，而阳性对照Curcumin表现出与Y3相似的效果。Biacore结果证明Y3/Curcumin显著抑制了HA和唾液酸受体的结合（图5B）。

在此基础之上，研究人员设计并合成了以环糊精为核心骨架，外围缀合多个五环三萜药效团的多价化合物，为具有多价效应的抗流感病毒进入抑制剂的设计提供了新的思路，相关成果发表在《Biomaterials》杂志上。研究中同样用Biacore表征了该药物与靶点的亲和力，并且对其抑制HA与唾液酸受体结合的作用机制进行了验证（图6）。

PROTAC（Proteolysis targeting chimeras，蛋白降解靶向嵌合体）作为近年新型药物的热点，也出现在流感病毒相关药物开发中。在2022年发表的题为“Discovery of Pentacyclic Triterpenoid PROTACs as a Class of Effective Hemagglutinin Protein Degraders”的文章中，就介绍了利用PROTAC定向降解蛋白技术用于流感病毒药物开发的成果。将与流感病毒血凝素蛋白 (HA) 结合的齐墩果酸 (OA) ，分别与CRBN和VHL两种E3连接酶配体连接，实现了在分子和细胞水平对血凝素的降解。实验中用Biacore确认该PROTAC保留了结合VHL连接酶（图7A）以及HA（图7B）的能力。

2022年“世界流感日”的宣传主题是“控制与应对，包容与韧性”，对流感病毒的控制与应对离不开科研工作者的努力，也离不开先进的技术提供核心的数据。Biacore凭借无可比拟的灵敏度、过硬的数据质量，宽广的应用领域持续助力科学进步和药物上市，与科研工作者共同铸就一个健康未来。