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呼吸道病毒（如 SARS-CoV-2）严重影响全球健康，现有中和药物及疫苗因病毒突变受限，细胞外囊泡（EVs）等也存在不足。研究人员开发共价工程 ACE2 纳米囊泡喷雾（nanoSpray），可有效中和病毒、延长肺部滞留，有望广泛应用于抗病毒治疗。
在全球范围内，呼吸道病毒的肆虐给人类健康带来了巨大威胁。SARS-CoV-2 和流感病毒等，不仅让无数人陷入病痛，还对全球的金融体系和社会结构造成了深远的影响。这些病毒就像狡猾的 “侵略者”，通过自身特定蛋白与宿主细胞上的进入受体相互作用，从而成功 “入侵” 健康细胞。就拿 SARS-CoV-2 来说，它的刺突蛋白会与人类血管紧张素转化酶 2（hACE2）精准配对，进而实现感染过程。
为了对抗这些病毒，科学家们一直在努力。中和药物，像小分子、肽和抗体等，瞄准病毒的特定蛋白，试图干扰它们与进入受体的结合，这无疑是一种极具潜力的治疗策略。然而，呼吸道病毒有着惊人的进化和突变能力，那些存活下来的突变往往会让现有的中和药物效力大减，甚至完全失效。同样，在疫情初期迅速推出的抗病毒疫苗，由于是基于病毒特定蛋白设计的，而这些蛋白的快速突变也极大地限制了疫苗的效果。此外，重组进入受体虽被开发用作诱饵来应对病毒突变，但它在与健康细胞上的进入受体竞争结合时，并没有明显的优势，需要持续维持血液中药物的高浓度才能保证疗效。细胞外囊泡（EVs）虽在抗病毒治疗方面展现出了一定的潜力，可其产量不足，难以满足治疗需求。细胞衍生纳米囊泡（NVs）作为 EVs 的替代物，也存在着通过非共价结合抑制病毒感染，导致在低浓度下易发生可逆解离，从而降低中和效率的问题。
在这样的背景下，为了寻找更有效的抗病毒手段，来自国内的研究人员开展了一项重要研究。他们致力于开发一种新型的治疗试剂，期望能强效且广泛地抑制呼吸道病毒感染，并且理想的给药方式是通过吸入或鼻喷。
研究人员成功开发出一种共价工程 ACE2 纳米囊泡喷雾（nanoSpray）。这种喷雾具有诸多优势，它通过不可逆结合，能够高效中和 SARS-CoV-2 野生型毒株和 Omicron 变异株。将其与粘液粘附佐剂透明质酸（HA）制成可吸入的纳米喷雾制剂后，在肺部的滞留时间显著延长，约提高了 20 倍。在 K18-hACE2 转基因小鼠实验中，单剂量的 nanoSpray 就能显著抑制 SARS-CoV-2 和 Omicron 变异株的感染，减轻肺部损伤，提高动物的存活率。而且，这种纳米喷雾的冻干制剂可以长期保存超过 1 个月，为其未来的广泛应用提供了可能。这一研究成果发表在《Cell Biomaterials》上，为抗击 SARS-CoV-2 和其他呼吸道病毒带来了新的希望和方向，有望改变当前抗病毒治疗的困境，为全球健康事业做出重要贡献。
研究人员在开展这项研究时，用到了几个主要关键技术方法。首先是基因密码扩展技术，利用该技术将非天然氨基酸氟硫酸 - L - 酪氨酸（FSY）引入 ACE2 蛋白中。其次是囊泡蛋白展示技术，借助这一技术让纳米囊泡能够展示具有抗病毒功能的 ACE2 蛋白 。实验中使用了多种细胞系，如人类胚胎肾 HEK293T 细胞、人类结直肠腺癌 Caco-2 细胞和猴肾 Vero-E6 细胞，还用到了雄性 C57BL/6 小鼠和 K18-hACE2 小鼠作为实验动物模型。
制备 FSY-ACE2-NVs
研究人员基于 hACE2 - 刺突受体结合域（RBD）的复杂结构，筛选出用于掺入非天然氨基酸 FSY 的候选位点，之后将掺入 FSY 的 ACE2 蛋白转染到细胞中，再从转染后的细胞中分离出纳米囊泡（NVs），最终获得了 FSY-ACE2-NVs。通过这种方法制备的纳米囊泡，具备了与病毒 RBD 不可逆交联的能力。
纳米喷雾的体外和体内效果
在体外实验中，制备的共价纳米喷雾能够不可逆地中和野生型（WT）SARS-CoV-2 和 Omicron 变异株。在体内实验中，将 FSY-ACE2-NVs 与粘液粘附佐剂透明质酸（HA）混合制成的可吸入纳米喷雾制剂，在肺部的滞留时间显著延长。这表明纳米喷雾不仅在体外对病毒有中和作用，在体内也能更好地发挥功效，延长在肺部的作用时间。
纳米喷雾对小鼠模型的作用
在 SARS-CoV-2 感染的小鼠模型实验中，研究人员发现，单剂量吸入纳米喷雾能够显著抑制病毒感染。感染病毒的小鼠肺部损伤得到明显减轻，动物的存活率也有所提高。这直接证明了纳米喷雾在动物体内具有抗病毒效果，能有效减轻病毒感染带来的危害。
研究人员开发出的共价工程 ACE2 纳米囊泡喷雾（nanoSpray），通过基因密码扩展和囊泡蛋白展示技术制备而成。这种纳米喷雾中的 FSY-ACE2-NVs 可以通过与病毒 RBD 不可逆交联，高效中和 WT SARS-CoV-2 和 Omicron 变异株。与 HA 制成的可吸入纳米喷雾制剂，显著延长了在肺部的滞留时间。在小鼠模型中，纳米喷雾展现出强大的抗病毒能力，抑制了病毒感染，减轻了肺部损伤，提高了动物存活率，并且其冻干制剂便于长期保存。这一研究成果为开发简单、快速且有效的抗病毒治疗策略提供了新的思路和方法，有望在未来广泛应用于抗击 SARS-CoV-2 及其他呼吸道病毒感染的治疗中，对全球健康事业有着重要的意义。
