基于亚细胞蛋白质图谱的SARS-CoV-2感染细胞靶向药物重定位研究

研究人员针对COVID-19治疗靶点匮乏的问题，通过大规模免疫荧光技术系统绘制SARS-CoV-2感染细胞的宿主蛋白景观，发现97个蛋白的丰度与定位变化，并筛选出铜离子载体Elesclomol具有显著抗病毒活性。该研究为靶向宿主蛋白的精准药物重定位提供了新范式。

　　

新型冠状病毒SARS-CoV-2引发的COVID-19疫情已造成全球数百万人死亡，尽管疫苗研发取得进展，但抗病毒药物仍面临靶点单一、耐药突变等挑战。传统药物开发多聚焦于病毒自身蛋白，而病毒依赖宿主细胞完成复制周期这一特性，为靶向宿主蛋白的广谱抗病毒策略提供了新思路。然而，宿主蛋白在感染过程中的动态变化规律及其治疗价值尚缺乏系统性研究。

瑞典皇家理工学院KTH Royal Institute of Technology的研究团队在《Biomedicine》发表创新性研究，通过建立图像驱动的亚细胞蛋白质组学方法，首次在单细胞分辨率下描绘了SARS-CoV-2感染引发的宿主蛋白全景变化，并成功实现靶向药物重定位。该研究突破传统组学技术空间分辨率不足的局限，为抗病毒药物开发提供了全新视角。

研究采用三大关键技术：1）基于人类蛋白质图谱（HPA）的602种抗体库进行高通量免疫荧光染色；2）Opera Phenix高内涵显微镜结合深度学习算法（DPNUnet）实现单细胞水平蛋白定量；3）SPECS化合物库（5277种临床/临床前药物）的靶向筛选策略。通过Vero E6和A549-ACE2双细胞模型验证，确保发现结果的普适性。

【SARS-CoV-2感染影响跨细胞类型的多样化功能通路】

通过构建病毒-宿主蛋白互作网络，研究发现ORF3/ORF7B等辅助蛋白与宿主蛋白互作最显著。功能富集显示内体运输（STX6/VAMP4）、RNA外泌体复合物（EXOSC3/5）、热休克反应（HSPA1A/BAG3）和肝素代谢（HS2ST1/GLCE）等通路被显著激活，其中45个蛋白表达上调，10个下调。

【宿主蛋白呈现丰度增加与空间重分布特征】

定量分析发现72个蛋白在Vero E6细胞中表达上调，其中热休克蛋白HSPA1A从囊泡向胞质-质膜转位，线粒体HSPA9向胞质迁移。RNA外泌体组分EXOSC3在猴肾细胞中呈现核质→胞质转位，而在人肺细胞中发生内质网→核质反向转位，揭示物种特异性调控机制。

【基于宿主图谱的药物重定位发现Elesclomol抗病毒活性】

从116种靶向宿主蛋白的候选药物中，铜离子载体Elesclomol（靶向HSPA1A）在Vero E6细胞中完全清除病毒感染，且未诱发磷脂质沉积（DIPL仅6%）。σ1受体抑制剂Rimcazole虽显示抗病毒效果，但诱发171% DIPL效应，提示其可能通过非特异性机制发挥作用。

该研究创新性地将空间蛋白质组学与靶向药物筛选相结合，不仅揭示SARS-CoV-2劫持宿主细胞的核心通路，更证实靶向宿主应激反应蛋白（如HSP70家族）的治疗潜力。Elesclomol作为曾进入III期临床试验的抗癌药物，其抗病毒机制的深入解析将加速临床转化。研究者公开的>10万张免疫荧光图像数据集，为后续研究提供了宝贵资源。这种"宿主图谱驱动"的药物开发策略，可扩展应用于其他新发传染病研究，为应对未来疫情提供模块化解决方案。