CN110496117B - 一种小分子化合物在抗非洲猪瘟病毒感染中的新应用 - Google Patents
一种小分子化合物在抗非洲猪瘟病毒感染中的新应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种小分子化合物在抗非洲猪瘟病毒感染中的新应用,属于医药技术领域。本发明发现了两种抗ASFV感染的小分子化合物,能够在分子水平上阻断ASFV‑pA104R与DNA的结合,其IC50值分别为275μM和6.1μM。同时,这两种小分子化合物能够有效地降低ASFV在PAM细胞中的病毒滴度其IC50值分别为2.93μM和0.45μM。其中在50μM的剂量下给药48小时后的病毒的核酸拷贝数降低至对照组的22%和5%,病毒抑制率达到78%和95%,在临床治疗或预防ASFV感染方面有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种小分子化合物在抗非洲猪瘟病毒感染中的新应用,属于医药技术领域。
背景技术
非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是一种由非洲猪瘟病毒(African swinefever virus,ASFV)感染引发的猪的广泛出血性、接触性传染病。该病毒以野猪、家猪和部分软蜱为宿主和传播媒介,并主要感染家猪及野猪,引发的病死率可高达100%。自1921年首次暴发于肯尼亚以来,非洲猪瘟疫情持续传播,并于20世纪中叶侵入西非、西欧、加勒比、巴西、外高加索、东欧等地。2018年8月,非洲猪瘟疫情在我国辽宁省沈阳市首次发生,并逐步蔓延至31个省份,造成直接经济损失达数百亿元,对我国养猪业带来了空前的危机。如疫情不能得到及时有效的控制,将极大地影响我国的肉类产量、影响人们的生活。然而,目前尚无商品化疫苗、药物及可靠的治疗方法。
ASFV属于非洲猪瘟相关病毒科(Asfarviridae)非洲猪瘟病毒属(Asfivirus),是一种有囊膜的双链DNA病毒。ASFV的基因组长度约为170-193kbp,共编码约150-167种病毒蛋白。在ASFV编码的众多病毒蛋白中,我们关注一个组蛋白样蛋白——pA104R。pA104R由104个氨基酸组成,具有核酸结合能力。研究表明,pA104R与ASFV编码的II型拓扑异构酶pP1192R同时作用,能够介导ASFV的核酸形成超螺旋结构。这种超螺旋结构缩小了病毒核酸的体积,有助于病毒核酸被包装进入新生成的子代病毒中,因而在病毒的复制过程中至关重要。已有研究表明,在细胞水平降低pA104R的表达量,能够有效地抑制ASFV的复制,并降低病毒滴度。因此该蛋白可以作为抗病毒药物的靶点,用于抗ASFV药物的研发中。本发明的目的是以pA104R为靶点,筛选具有抗ASFV作用的小分子化合物,并提供一种有效地治疗和预防非洲猪瘟的药物。
发明内容
所述疏水基团包括下述任一种:(C1-C6)烷基、(C3-C6)环烷基、苯基、萘基,或在环上经R5取代的(C5-C6)环烷基,或邻位、间位或对位经R5取代的苯基或经R5取代的萘基;R5选自(C1-C3)烷基或(C1-C3)烷氧基(“-OR”);
所述供电子基团是提供π电子的基团,包括但不限于羟基(“-OH”)、(C1-C6)烷氧基(“-OR”)、羰基(“C(O)-”)、羧基、羰(C1-C6)烷氧基(“-CO2R”)、碳酸酯基(“-OCO2R”)、氨基(“-NH2”)、(C1-C6)烷基氨基(“-NHR”)、二(C1-C6)烷基氨基(“-NR2”)、(C2-C6)烯基氨基、二(C2-C6)烯基氨基、(C2-C6)炔基氨基、硫醚(“-SR”)、磺酸基、膦基(“PH2”)、(C1-C6)烷基膦基(“-PHR”)、磷酸基、乙烯基(“C=C”)、乙炔基(“C≡C”)、吡啶基、苯基、氨基苯基、羟苯基、(C1-C6)烷基苯基、二(C1-C6)烷基苯基、(C1-C6)烷基苯酚、联苯基和联吡啶基。
在一种实施方式中,供电子基团选自羧基、磷酸基或磺酸基。
在一种实施方式中,所述非洲猪瘟包括但不限于由ASFV China/2018/AnhuiXCGQ病毒株,或同源性与其≥85%且具备病毒活性的非洲猪瘟病毒引起的疾病。
在一种实施方式中,所述药物组合物还含有药学上可接受的载体。
在一种实施方式中,所述药物组合物的剂型为片剂、胶囊、颗粒剂、散剂、糖浆剂、口服液或注射剂。
在一种实施方式中,所述药学上可以接受的载体包括一种或多种固体、半固体或液体辅料。
本发明的优点和效果:
附图说明
图1为ASFV-pA104R蛋白纯化分子筛与SDS-PAGE结果;
图2为化合物HW2019001(A)和化合物HW2019002(B)的结构式;
图3为化合物HW2019001(A)和化合物HW2019002(B)阻断ASFV-pA104R与DNA结合的模式图;
图4为EMSA法验证HW2019001和HW2019002阻断ASFV-pA104R与DNA的结合;
图5为HW2019001和HW2019002对PAM细胞的毒性实验结果;
图6为HW2019001(A)和HW2019002(B)对ASFV在PAM细胞中复制的抑制效果。
具体实施方式
实施例1:ASFV-pA104R蛋白的表达和纯化
ASFV China/2018/AnhuiXCGQ病毒株pA104R蛋白的全长DNA序列(Genbank:AYW34006.1)通过限制性酶切位点NdeI和XhoI连接到pET21a载体上。其中ASFV-pA104R蛋白编码区的5’端加入了6个组氨酸标签(His6-tag)的编码序列,3’端加入了翻译终止密码子。构建好ASFV-pA104R表达载体转化BL21大肠杆菌感受态细胞。单克隆接种到40mL LB培养基中,培养12小时后转接到4L的LB培养基中,37℃培养至OD600=0.6-0.8,加入IPTG至终浓度0.2mM,16℃继续培养12小时。表达后将菌体收集,用蛋白缓冲液(10Mm HEPES,500mM NaCl,pH7.4)重悬后超声破碎菌体,并获得可溶形式的pA104R蛋白。pA104R蛋白经镍离子亲和层析(HisTrapTM HP(GE))和凝胶过滤层析(Hiload 16/60superdex 75pg(GE))纯化后,通过SDS-PAGE鉴定蛋白纯度。如图1所示,经鉴定,可获得高纯度pA104R蛋白,大小约为14kDa。
实施例2:HW2019001和HW2019002阻断ASFV-pA104R结合DNA的原理和阻断能力验证
将实施例1中纯化后的ASFV-pA104R蛋白经蛋白质晶体学手段结晶,解析其高分辨率蛋白结构。通过软件AutoDock Vina模拟表明,HW2019001或HW2019002(结构式如图2所示)能够结合于ASFV-pA104R的结合槽底部。对复合物结构的分析表明,当HW2019001和HW2019002结合于由ASFV-pA104R的氨基酸Lys95、Lys98、Arg100和His106构成的DNA结合槽底部时,能够通过空间位阻阻挡DNA与ASFV-pA104R互作,结果见图3。
合成5’端FAM标记的30nt DNA序列(30nt-F-FAM),并与其未标记的互补链(30nt-R)在95℃条件下变性5分钟,而后梯度退火至室温,用以形成30bp的双链DNA片段。DNA序列见表1。取0.4μM实施例1中纯化好的ASFV-pA104R蛋白与1μM FAM标记的双链DNA室温孵育30分钟,而后加入梯度稀释的不同浓度HW2019001或HW2019002,并于室温孵育30分钟,两种化合物的终浓度如图4所示。两种化合物购买于ChemBridge公司(货号分别为:5102751和5102836)。
孵育后的样品经native-PAGE检测,结果见图4。EMSA的结果表明,HW2019001和HW2019002都能在分子水平上阻断ASFV-pA104R与DNA的结合,其IC50分别为275μM和6.1μM。
表1. 30nt DNA序列
实施例3:HW2019001和HW2019002对PAM细胞的毒性实验
细胞的毒性实验的目的是确定两个小分子是否对猪肺泡巨噬细胞(PAM细胞)有细胞毒性,并确定其无毒性的最高剂量,以便为细胞水平的病毒抑制实验提供药物剂量参考。
将5×104个PAM细胞接种于96孔细胞培养板中,37℃培养16小时。弃去培养基,每孔加入100μL用梯度稀释的HW2019001或HW2019002,浓度分别为1000μM、250μM、50μM、10μM、2μM、0.5μM、0.1μM、0.02μM、0.004μM,稀释液为含2%小牛血清的1640培养基,每个稀释度做3个重复孔。由于HW2019001和HW2019002溶解于DMSO溶液中,因此同时用相同比例稀释的DMSO溶液作为对照组。37℃培养48小时后,弃培养基,PBS溶液洗两次,加入100μL事先配制好的CCK-8溶液(每100μL 1640培养基加入10μL CCK-8试剂)。将培养板在培养箱中孵育2小时,而后使用酶标仪测量450nm处的吸光度,结果见图5。
结果表明,HW2019001的给药量为10μM及以下时,给药48小时对PAM细胞无细胞毒性。当HW2019001的给药量增加至50μM时,细胞存活率约为87%。由溶剂DMSO的毒性数据可知,相同稀释度时DMSO组的细胞存活率与HW2019001相似,约为84%。因此,HW2019001给药量为50μM时的细胞毒性主要来自于溶剂DMSO,而非HW2019001本身。相比而言,HW2019002具有更低的细胞毒性,给药量为50μM及以下时,给药48小时对PAM细胞无细胞毒性。因此,我们选用50μM作为最高的无毒剂量,用于病毒抑制实验。
实施例4:细胞水平上检测HW2019001和HW2019002对ASFV感染的抑制能力
将5×105个PAM细胞接种于24孔细胞培养板中,37℃培养16小时。将ASFV病毒用1640培养基稀释至MOI为0.5,加入到弃去培养基的PAM细胞培养板中,37℃感染1小时。感染后弃掉病毒液,PAM细胞用PBS洗一次以去掉残留的病毒。向PAM细胞培养板中加入梯度稀释的HW2019001或HW2019002,浓度分别为50μM、5μM、0.5μM、0.05μM、0.005μM、0.0005μM、0,稀释液为含2%小牛血清的1640培养基。由于HW2019001和HW2019002溶解与DMSO溶液中,因此本实验同时用DMSO溶液作为对照组。37℃培养48小时后收集细胞上清,用试剂盒提取上清中病毒基因组DNA,而后用荧光定量PCR法对上清中的病毒拷贝数进行绝对定量,其中检测的目标基因为ASFV-VP72,引物和探针序列为见表2。
表2.引物探针序列
图6的结果表明,随着给药量的逐渐增加,两种化合物对ASFV在PAM细胞中的复制呈现出明显的抑制作用,其IC50值分别为2.93μM和0.45μM。当给药量为PAM细胞最高无毒剂量50μM时,HW2019001和HW2019002能够将病毒的核酸拷贝数降低至对照组的22%和5%,其对病毒的抑制率分别为78%和95%。
实施例5
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
SEQUENCE LISTING
<110> 中国科学院微生物研究所
<120> 一种小分子化合物在抗非洲猪瘟病毒感染中的新应用
<160> 5
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
ccaacttccc taacccagct gcgatccgta 30
<210> 2
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
tacggatcgc agctgggtta gggaagttgg 30
<210> 3
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 3
ctgctcatgg tatcaatctt atcga 25
<210> 4
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 4
gataccacaa gatcaggccg t 21
<210> 5
<211> 25
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 5
ccacgggagg aataccaacc cagtg 25
Claims (6)
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述非洲猪瘟包括由ASFV China/2018/AnhuiXCGQ病毒株,或同源性与其≥85%且具备病毒活性的非洲猪瘟病毒引起的疾病。
3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药物还含有药学上可接受的载体。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述药学上可以接受的载体包括一种或多种固体、半固体或液体辅料。
5.根据权利要求1~4任一所述的应用,其特征在于,所述药物的剂型为片剂、胶囊、颗粒剂、散剂、糖浆剂、口服液或注射剂。
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