斯坦福发文《Nature Medicine》：病毒基因组包装在复制中的关键作用

可编程的抗病毒药物(蓝色和红色)附着在病毒遗传物质(白色)上，并阻止产生新病毒颗粒所需的折叠。

就像精明的国际旅行者一样，病毒完全知道如何打包。下一代的基因指令就这样折叠起来，依偎在一个定制的布满细胞抓取蛋白质的外壳中，这些微小的入侵者侵入每一个新感染的细胞后很快就会释放出数千个完美包装的新鲜病毒颗粒，从而促进感染的指数级增长。

现在，斯坦福医学院对流感和SARS-CoV-2(导致COVID-19的病毒)的一项研究表明，破坏这种基因组俄罗斯方块游戏的抗病毒药物可以让感染止戛不前。与此同时，这些药物允许刚好足够的病毒接触来启动自然免疫反应，提供持久的保护。

由于可靠的包装策略在病毒家族成员之间是共享的，一种抗病毒药物可以有效对抗几种密切相关的病毒，如季节性甲型流感、猪流感和禽流感。而且，由于很难重新设计一个三维谜题，病毒不太可能对利用这种策略的治疗产生耐药性。

微生物学和免疫学教授Jeffrey Glenn博士说:“这些抗病毒药物可以针对几乎任何病毒定制。无论是在接触前还是接触后，它们都能立即提供保护，并能刺激持久的免疫反应，抵消随后的挑战，即使是致命剂量为10倍的流感。这真的很令人兴奋。”

这项研究是在实验室培育的小鼠、仓鼠和人类细胞中进行的，研究结果发表在8月18日的《Nature Medicine》网络版上。科学家Rachel Hagey博士是第一作者。

下一次大流行的工具

这一发现表明，在下一次疫情爆发之前，通过设计、制造和储存现成的定制抗病毒药物，有可能迅速遏制人类一些最致命病毒的传播。

这些发现是斯坦福大学新成立的SyneRx的第一个发现，SyneRx是由国家过敏和传染病研究所资助的九个大流行病原体抗病毒药物发现中心之一，ViRx@Stanford是斯坦福医学的生物安全和大流行防范计划。格伦领导了该中心，该中心在5月份获得了6900万美元，用于帮助设计抗病毒药，以对抗COVID-19和其他可能导致未来大流行的疾病。

对抗病毒的疫苗通常会促使人体免疫系统识别关键的病毒蛋白，并对其做出反应，例如SARS-CoV-2的刺突蛋白。但是，在当前的大流行期间，显而易见的是，蛋白质可以以微妙的方式发生变异，从而避开免疫系统，导致接种疫苗的人出现突破性感染。

Glenn和Hagey想知道抗病毒药物是否可以针对更普通但同样重要的病毒生命周期步骤——例如基因组包装——来阻止或减缓感染。毕竟，打包行李可能很无聊，但它是一次成功旅行的关键，无论你是去巴黎还是去隔壁牢房。它可以是惊人的复杂。

研究人员使用一种名为SHAPE的分析方法和计算模型来识别一种名为PSL2的RNA片段，该片段具有预测的三维结构，在各种季节性和大流行的甲型流感毒株中几乎100%相同。当他们改变PSL2的序列时，病毒无法感染在实验室中生长的细胞——这证实了该区域对病毒复制的重要性。

然后Hagey和她的同事设计了几个单链DNA的短片段，它们可以识别并结合到PSL2上的匹配序列上，锁定并干扰PSL2的能力，使其扭曲成成功包装所需的精确形状。他们利用一种被称为锁定核酸(locked nucleic acids，LNAs)的技术，设计了DNA片段，使其能够抵抗降解，并在体内存活更长时间。

无处可去

研究人员发现，在感染H1N1流感病毒株或猪流感病毒株之前或之后，用特定的LNAs处理实验室培养的细胞，会显著降低病毒制造新的传染性颗粒的能力。此外，即使在几代之后，他们也没有发现病毒变异以逃脱LNA的影响的迹象。相反，当他们用达菲处理细胞时，病毒很快改变了它的基因组，避开了抗流感药物，这种药物抑制了一种病毒蛋白的活性，这种蛋白有助于从受感染的细胞释放新的病毒颗粒。

Glenn说:“我们发现，如果我们设计药物来对抗病毒基因组包装所必需的这些高度保守的结构，那么病毒逃逸的途径就很少了。这种结构在所有已知的甲型流感分离物中都有，包括禽流感和猪流感。因此，如果我们能够将这些发现转化为人类，我们有可能看到只需要一剂疫苗的普遍保护。”

然后，研究人员测试了最有效的LNA是否能保护实验室小鼠免受流感感染。他们发现，在动物接触致死剂量的病毒前一周，在动物的鼻子中注射一剂量的抗病毒药物，可以保护100%的动物免于死亡。与此相反，对照组的动物在第六天就患上了严重的疾病，并被人道地处死。然后，他们增加了LNA的剂量，并在病毒暴露前两周注射。同样，没有鼠死亡，大多数只是轻微的疾病。

最后，研究人员探索了在第一系列实验中小鼠经历的低水平病毒复制是否可以保护它们在未来免受感染。在它们最初被感染65天后，研究人员再次暴露在相同的小鼠中，但使用了正常致死剂量的10倍。

“它们连眼睛都没眨一下，”Glenn说。“它们的体重没有下降，也没有生病。这表明，他们最初的接触导致了足够多的残余病毒复制，从而刺激广泛的免疫反应，在几个月后仍然具有保护作用。”

对COVID-19的检查

研究人员对SARS-CoV-2病毒进行了一系列类似的实验。与流感一样，他们发现针对病毒基因组中高度保守的结构区域的LNAs抑制了病毒在实验室培养的人类细胞中的复制。甚至从慢性癌症患者身上分离出的高度变异的SARS-CoV-2病毒也无法在有抗病毒药物的情况下复制。

这种保护作用延伸到了叙利亚仓鼠，一种通常用于研究SARS-CoV-2感染的动物。在与受感染的同伴玩耍之前，每天两次嗅闻LNA的仓鼠保持健康，4天后，它们肺部的病毒明显少于对照组。

研究人员现在正在猪身上测试这种方法，他们希望有一天能在人类身上使用相同的剂量和鼻腔内涂抹器。他们预测，在下一次大流行期间，有策略设计的LNAs(他们称之为可编程抗病毒药物)可以用于治疗已经感染的人，在接种疫苗和发展保护性免疫之间的滞后期间保护人们，或者在没有可用疫苗的情况下提供预防性保护。

Glenn说:“COVID-19让我们措手不及。但真正让我夜不能寐的是一种高致病性病毒的可能性，比如1918年流感大流行或一种新的武器化流感。今天我们没有任何东西可以阻止它的传播，像这样的病毒可以杀死数亿人。但我们的方法可以提前制定，并针对各种病毒提供保护。”