基于朊病毒感染细胞模型与表面等离子共振联用的新型抗朊病毒化合物筛选及作用机制研究

《Scientific Reports》：Novel anti-prion compounds screening in prion-infected cell culture model combined with surface plasmon resonance analysis

本研究针对目前缺乏有效治疗朊病毒疾病的困境，研究人员通过整合朊病毒感染细胞模型与表面等离子共振(SPR)技术，对49种化合物进行系统性筛选。研究发现11种化合物能显著降低PrPSc水平，其中7种同时抑制PrPC表达，4种特异性靶向PrPSc。SPR动力学分析显示化合物结合亲和力(KD)与抗朊病毒活性存在相关性，为开发新型抗朊病毒药物提供了重要候选化合物和作用机制见解。

　　

在神经退行性疾病研究领域，朊病毒疾病始终是医学界面临的重大挑战。这类疾病由正常朊蛋白(PrP^C)错误折叠形成致病性朊蛋白(PrP^Sc)引发，后者能够像传染源一样诱导更多正常蛋白发生错误折叠，最终形成毒性聚集体，导致脑组织海绵状病变和神经功能丧失。令人担忧的是，目前全球范围内尚未批准任何特效药物治疗这类致命性疾病，预防性诊断成为唯一可行的干预手段。

面对这一医疗困境，由Mai Hazekawa和Daisuke Ishibashi领衔的国际研究团队在《Scientific Reports》发表了创新性研究成果。该团队另辟蹊径，将细胞水平筛选与生物物理技术相结合，建立了高效的双重筛选平台，为加速抗朊病毒药物研发提供了新思路。

研究人员采用的核心技术包括：基于朊病毒感染细胞模型(N2a-FK)的体外药效评价、蛋白质免疫印迹法检测PrP^Sc和PrP^C表达水平、表面等离子共振(SPR)技术分析化合物与重组朊蛋白(rPrP)的相互作用动力学。这些技术的协同应用使得研究人员能够从分子相互作用到细胞功能水平全面评估化合物的抗朊病毒潜力。

研究结果

新型抗朊病毒化合物的发现

通过二维子结构搜索(2D-SSS)技术，研究团队从EDASA Scientific化合物库中筛选出49个候选化合物。在朊病毒感染细胞模型中的初步筛选显示，其中11个化合物(编号3、4、18、19、20、21、24、25、27、38和39)能够显著降低PrP^Sc水平，且均未表现出细胞毒性。这一发现为后续深入研究提供了优质的先导化合物。

化合物作用机制的特异性分析

为了区分化合物的作用机制，研究人员在正常神经细胞(N2a-58)中检测了这些化合物对PrP^C表达的影响。结果发现，化合物20、21、24、25、27、38和39能够同时降低PrP^C水平，而化合物3、4、18和19则选择性抑制PrP^Sc而不影响PrP^C表达。这一重要发现表明，不同化合物可能通过 distinct 的作用机制发挥抗朊病毒效果，为开发特异性靶向药物提供了重要线索。

分子相互作用验证

通过表面等离子共振(SPR)分析，研究人员证实了这11个活性化合物均能与重组朊蛋白直接结合。特别值得注意的是，这些化合物在SPR检测中表现出的信号强度与已知阳性对照化合物(NPR-130)和抗体(SAF83)相当，提示它们具有强效的结合能力。动力学参数分析进一步揭示了化合物与朊蛋白相互作用的动态特征。

活性与亲和力的相关性研究

研究人员通过关联分析发现，虽然化合物解离常数(K_d)与PrP^Sc抑制活性之间未达到统计学显著性，但数据点的分布模式显示出了有趣的规律性。根据在相关性图中的分布位置，化合物可被分为不同的作用模式类别，这种分类为预测化合物的作用机制提供了有价值的参考框架。

讨论与展望

本研究最突出的创新点在于成功建立了细胞模型与SPR技术联用的综合筛选平台。这种一体化方法不仅能够快速识别活性化合物，还能同时获得分子相互作用的关键参数，大大提高了筛选效率和信息量。

从治疗策略角度考虑，选择性靶向PrP^Sc而不影响PrP^C的化合物具有特殊价值。尽管PrP^C敲除小鼠能够正常存活，但PrP^C作为体内正常表达的蛋白质可能具有尚未完全阐明的生理功能。因此，化合物3、4、18和19所表现出的选择性抑制特性，使其成为特别有前景的药物开发候选物。

研究中也发现了一些值得深入探讨的现象。例如，某些化合物引起的PrP^C水平降低可能是通过抑制PrP^C循环或增强蛋白酶体降解等机制实现的。这些潜在机制将成为后续研究的重要方向。

需要指出的是，本研究采用的rPrP缺乏天然PrP^C的糖基化修饰，且芯片固定方式可能导致蛋白取向随机，这些因素可能影响相互作用的准确评估。未来通过改进蛋白固定策略，有望获得更精确的结合特性数据。

从更广阔的视角来看，朊蛋白错误折叠机制与阿尔茨海默病等神经退行性疾病有着相似的病理基础。因此，本研究发现的先导化合物不仅对朊病毒疾病治疗具有重要意义，也为开发针对其他蛋白错误折叠疾病的治疗策略提供了有价值的研究基础。

这项研究的成功得益于多学科团队的通力合作，包括日本福冈大学的生物学研究、莫斯科国立大学的化学合成以及EDASA Scientific的化合物资源支持。这种国际协作模式充分体现了现代生物医学研究的跨学科特性。

随着后续研究的深入，特别是对化合物血脑屏障穿透性、体内药效和药代动力学特性的进一步优化，这些先导化合物有望发展成为临床候选药物，为朊病毒疾病患者带来新的治疗希望。同时，对其作用机制的深入阐明也将为理解朊蛋白错误折叠的生物学过程提供重要见解。