为开发流感药物中的聚糖扫清障碍

研究人员展示了分子结合机制，可能改变设计流感治疗方法的方法

说到流感，目前还没有一种一击即中的药物治疗方法，但这并不妨碍科学家们尝试一种方法。尤其是在多达五分之一的美国人感染流感的情况下。据加州大学圣地亚哥分校的研究人员称，据报道，仅在美国，这种疾病每年的医疗费用就高达100亿美元，另外还有160亿美元的收入损失。

Rommie Amaro，加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学教授。

化学和生物化学教授Rommie Amaro和J. Andrew McCammon以及研究生Christian Seitz对流感病毒背后的科学进行了研究。他们与同事Lorenzo Casalino、Robert Konecny和Gary Huber一起，研究了糖聚糖(糖分子群)在抗病毒药物与病毒神经氨酸酶结合时的作用。神经氨酸酶是一种存在于流感病毒表面的酶，它能使病毒离开患病的宿主细胞，并在新的、先前健康的宿主细胞中感染和复制。聚糖有助于防止大的抗体分子与酶结合。

研究人员的发现发表在生物物理期刊，可能更普遍地适用，包括导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒。阿马洛很快就会公布她对病毒刺突蛋白的最新研究结果。

锁定聚糖和结合位点

根据科学家的说法，流感神经氨酸酶是美国fda批准的三种流感药物的靶点，但耐药性和低药物有效性值得更多的药物开发。然而，一般来说，药物开发人员在他们的开发流程中不包括聚糖。他们知道聚糖的存在，但他们在设计新药时忽略了聚糖，没有这样做的基础，也没有证据表明聚糖不影响药物结合。

由于他们专注于聚糖，研究小组认为，相对于神经氨酸酶，在药物设计中测试聚糖的假设是谨慎的。他们的结果表明，他们提出的结合机制可以帮助阐明聚糖和配体结合之间相互作用的复杂性。

该研究的第一作者Seitz解释说:“传统上，由于一些技术限制，聚糖很难在实验或理论上进行研究，而这些限制正开始被解除。”“由于最近聚糖的‘出现’，我们对它们还有很多东西要了解。”

四种糖基构象叠加到静态神经氨酸酶结构上显示了糖基构象的变异性，部分阻断了结合位点的进入。比喻地说，聚糖是迷你高尔夫球场上的岩石，结合位点是洞。聚糖是蓝色、红色、绿色和灰色;结合位点为紫色和橙色，神经氨酸酶为蓝绿色。这种表示被简化，以强调聚糖和结合位点之间的关系，显示一半的神经氨酸酶结构和不足五分之一的聚糖存在于完整的研究中。图由Christian Seitz, Amaro实验室和McCammon实验室，加州大学圣地亚哥分校。

为了更好地理解聚糖在这个特定研究的背景下，该团队创建了全原子流感神经氨酸酶硅系统，由四种不同的聚糖配置和一个无聚糖系统组成。他们观察到配体与神经氨酸酶主要结合位点的结合率下降了2 - 8倍。在检查了神经氨酸酶的结合位点后，科学家们注意到药物更倾向于主要结合位点而不是次要结合位点。

“就我个人而言，我发现有两件事非常令人惊讶。聚糖很灵活，可以非常靠近药物结合位点，所以我认为聚糖可以完全阻断药物结合。然而，我们发现聚糖的作用更像一个屏幕或窗帘——东西可以通过，只是需要更长的时间，”Seitz说。“其次，流感神经氨酸酶上有两个结合位点;一个是病毒复制周期继续所需的主要(催化)位点，另一个是次要位点，尚不清楚。以前的一些研究初步得出结论，配体到达次要位点的速度明显快于主要位点。”

与进步持平

Seitz指出，McCammon是第一个用蛋白质进行分子动力学研究的人，这项研究中使用的布朗动力学软件是在他的实验室开发的。此外，Amaro是世界领先的分子动力学病毒模拟专家，她的病毒研究最近被《纽约时报》报道。

塞茨说:“结合这些丰富的知识，我们能够对圣地亚哥这里的全球疾病有新的认识。”

这名研究生把这项研究比作迷你高尔夫球场。“我们的目标很明显，就是要把球打进洞里，但在我们的研究中，高尔夫球是一种流感药物，而洞是药物必须找到的杀死病毒的蛋白质受体。人们经常会发现果岭上的大石头充当“看门人”的角色，使球更难进洞。在我们的流感类比中，这些岩石是被称为聚糖的微小糖。”

就像场地管理员可以改变洞附近岩石的位置一样，聚糖可以改变蛋白质上的位置。因此，研究人员想知道改变聚糖的位置是否会改变流感药物找到目标的难易程度。

“首先，我们找到了这些聚糖的共同位置。然而，就像你不会在一个迷你高尔夫球场上改变岩石的位置，在宣布它更容易或更困难之前只推杆一次，我们知道我们必须重复这个过程多次(实际上是6亿次)才能得出统计上有意义的结论。在我们的研究中，每个布朗动力学轨迹都代表了我们迷你高尔夫球场上的一次推杆，我们只是简单地测量了球是否到达洞内，”Seitz解释道。

科学家们发现，改变聚糖的位置确实会使药物更难到达目标，但没有预期的那么严重。这意味着药物开发人员在设计治疗流感的新小分子药物时不需要考虑聚糖——这在以前是不清楚的。

Seitz说:“很长一段时间以来，我都认为这不可能是真的，并进行了大量的测试来证明这一点，但所有这些测试都一致地表明了同样的事情，大多数小配体都能够逃避聚糖并与酶结合。”“因此，这项工作是帮助改善我们国家和世界每年的人力和经济成本的一小步。这是我们自己的税收支付的，所以我们每个人都为这一进步做出了微小的贡献。”

本研究部分由美国国立卫生研究院(NIH资助号T32EB009380和GM031749)和美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划(资助号GM031749)资助。dge - 1650112)。研究人员使用了极端科学与工程发现环境(XSEDE)，该环境由美国国家科学基金会(批准号:XSEDE)支持。ACI-1548562)和圣地亚哥超级计算机中心的XSEDE彗星(分配csd373)。