《Virus Research》：Molecular Characterization of a Saudi Arabian DENV-3 Isolate and Identification of Potential Inhibitors Targeting Dengue Virus Proteins
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登革病毒（DENV），学名Orthoflavivirus denguei，是一种致命的虫媒病毒病原体。白纹伊蚊（Aedes aegypti）和埃及伊蚊（Aedes albopictus）的雌性蚊虫是DENV的主要传播媒介。DENV引起登革热，其症状从轻度发热到
登革病毒（DENV），学名Orthoflavivirus denguei，是一种致命的虫媒病毒病原体。白纹伊蚊（Aedes aegypti）和埃及伊蚊（Aedes albopictus）的雌性蚊虫是DENV的主要传播媒介。DENV引起登革热，其症状从轻度发热到严重的危及生命的休克综合征不等。根据国际病毒分类委员会（ICTV）的分类，DENV归属于黄病毒科（Flaviviridae）正黄病毒属（Orthoflavivirus）。目前已鉴定出四种血清型（DENV1–DENV4），每种血清型根据遗传多样性又分为异质性基因型。DENV具有单股正链RNA基因组，长度约10.7 kb。在结构上，其包含一个单一开放阅读框（ORF），编码一个多聚蛋白，该多聚蛋白被切割为七个非结构蛋白和三个结构蛋白。非结构蛋白（NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5）参与病毒复制、组装及宿主免疫应答逃逸，而结构蛋白——前膜蛋白（prM）、包膜蛋白（E）和衣壳蛋白（C）——主要负责DENV的入侵和组装。既往文献已证实登革热在沙特阿拉伯西部地区的地方流行性。登革热于1993年在沙特阿拉伯首次被确认。1994年，DENV-1和DENV-2引起了大规模暴发。1997年，DENV-3被检出。DENV-3的流行范围有限；在吉达的DENV-3分离株中仅检测到基因型III。基因型III与亚洲（印度和马来西亚）、加勒比地区及拉丁美洲的多次重大暴发相关。多项研究已分析了来自多个国家的DENV-3全基因组及其E基因，包括沙特阿拉伯、也门、孟加拉国、巴基斯坦、阿根廷、委内瑞拉、新加坡、台湾、美国、巴拉圭和巴西。研究人员认为沙特阿拉伯是登革热传播的区域枢纽，原因有几点相互关联：第一，其地处亚洲、欧洲和非洲交汇处的战略地理位置，以及多样的生态和气候条件促进了伊蚊媒介的繁殖；第二，沙特阿拉伯是朝觐和副朝季节数百万国际旅行者的主要目的地，许多旅行者来自登革热流行区，增加了DENV多样谱系输入和输出的风险。DENV不断进化，毒力增强，传播方式改变，流行病学特征扩展。此外，这一严重的公共卫生问题对年轻人群的影响尤为严重，同时也对老年人群构成重大风险。2024年，约有301种疾病被归类为易大流行或易暴发疾病，并注意到疾病暴发模式发生了变化。数据显示COVID-19暴发减少，而包括登革热在内的虫媒病毒感染的暴发报告增多。尽管该地区登革热反复暴发，但分子和基因组水平的数据仍然有限，在理解DENV血清型的遗传多样性及其进化动态方面存在显著空白。既往研究建议通过扩展基因组监测来改善DENV防控。因此，进一步研究登革热进化采用了基因组测序、生物信息学、系统发育学及其他分子工具的先进方法，以准确鉴定新基因型并预测其出现。这些方法还可通过整合收集的元数据和测序技术实现近实时暴发检测和追踪。此外，对DENV蛋白质组的深入理解将为新型治疗药物和疫苗的开发提供信息，并促进媒介控制策略。E蛋白是DENV外膜的关键组分，在结合细胞受体和膜融合等多个重要过程中发挥至关重要的作用。聚焦该蛋白的保守区域可能为靶向多种蚊媒传播黄病毒的广谱抗病毒治疗铺平道路。DENV中另一个潜在药物靶点可能是非结构蛋白1（NS1）。NS1被称为“病毒毒素”，既往研究建议在设计药物疗法和开发疫苗时靶向该蛋白。NS1也是登革热诊断的生物标志物，因为可在血液中检测到。既往研究探索了NS1的生物学方面及其靶向方法，并评估了针对该蛋白的小分子抑制剂。然而，尚无靶向E或NS1的化合物进入临床开发阶段。鉴于这些发现，本研究旨在分析一株DENV-3分离株，并利用已知药物的重定位策略针对这些关键靶点作为潜在抗病毒策略。研究进行了序列比对以确保结合位点在其他所有DENV血清型（DENV-1、DENV-2和DENV-4）中的保守性。总体而言，研究结果表明格列美脲（glimepiride）、二十二醇（docosanol）和法莫替丁（famotidine）等已知药物是潜在的抗登革热候选药物。
研究背景方面，登革病毒（DENV）是黄病毒科正黄病毒属的虫媒病原体，由白纹伊蚊和埃及伊蚊传播，引起从轻度发热到致命性休克综合征的登革热。DENV分为四种血清型（DENV1–DENV4），其基因组为约10.7 kb的单股正链RNA，编码一个多聚蛋白，切割为三个结构蛋白（prM、E、C）和七个非结构蛋白（NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B、NS5）。登革热于1993年在沙特阿拉伯首次确认，1997年检出DENV-3，但基因型III是吉达分离株中唯一检测到的基因型。沙特阿拉伯因其连接亚洲、欧洲和非洲的战略位置及朝觐季节大量国际旅行者而被视为登革热传播的区域枢纽。尽管该地区登革热反复暴发，分子和基因组水平数据仍然有限，DENV血清型遗传多样性及进化动态的认识存在显著空白。E蛋白在外膜中负责受体结合和膜融合，其保守区域可能为广谱抗病毒治疗提供靶点；NS1作为“病毒毒素”和诊断生物标志物，也是潜在药物靶点。然而，尚无靶向E或NS1的化合物进入临床开发。因此，研究人员开展了本研究，对一株DENV-3分离株进行分子特征分析，并利用已知FDA批准药物针对E和NS1蛋白进行重定位筛选，同时通过序列比对验证结合位点在不同血清型中的保守性。研究得出格列美脲、二十二醇和法莫替丁等已知药物为潜在抗登革热候选药物。重要意义在于填补了沙特阿拉伯DENV-3分子和基因组数据的空白，揭示了分离株的遗传进化关系，并为抗登革热治疗药物的开发提供了候选化合物和靶点保守性依据。研究人员开展的研究包括：从吉达医院获取2024年患者血清样本，经RNA提取和血清分型后，利用Oxford Nanopore Technology进行全基因组测序，将序列提交GenBank（登录号PZ441757）；通过BLAST和最大似然法系统发育分析评估遗传关系；利用Swiss-Model服务器同源建模E蛋白三维结构；采用ICM软件对Zinc Chemical FDA库中1615种化合物进行虚拟筛选和分子对接，以Quercetin和Neoandrographolide为阳性对照；通过多序列比对评估靶蛋白结合位点在不同血清型中的保守性。研究结果显示：系统发育分析表明该分离株与2016年沙特阿拉伯分离株（MZ857217.1）亲缘关系密切，并与印度和新加坡的基因型III分离株聚类，葡萄牙和美国分离株聚于同一分支提示国际传播；百分比identity分析显示与全球序列的同源性为99.2%至52.33%，与本地序列的同源性为100%至98.68%；同源建模以PDB ID 8JN4为模板，序列identity为99.29%；虚拟筛选和分子对接发现格列美脲-cis、二十二醇、法莫替丁、格列美脲和硅酸镁对E蛋白具有高结合亲和力（ICM评分-85.69至-71.39 kcal/mol），格列美脲-cis、法莫替丁、二十二醇、格列美脲和去铁胺对NS1蛋白具有高结合亲和力（ICM评分-92.39至-82.98 kcal/mol），均优于阳性对照；配体-蛋白相互作用分析显示E蛋白中R407与三种化合物及阳性对照形成氢键，H317、K400和E403参与疏水接触，NS1蛋白中D1、C4、N7、K14、G16、S17、I19和R192与所有化合物相互作用；多序列比对显示E蛋白结合位点中11个氨基酸（Q316、H317、I352、M34、R350、E370、F11、G318、F373、G395和K394）在所有毒株中保守，NS1蛋白中D1、C4、N7、K14、G16、S17、I19和R192在四种DENV毒株中保守，提示这些化合物可能作为泛血清型DENV抑制剂。讨论部分指出，登革热全球负担持续增加，沙特阿拉伯每年因登革热损失1.102亿美元，全球每年损失89亿美元。吉达因旅行者进出是DENV输入/输出的中心交通节点。新检测序列PZ441757与2016年从沙特阿拉伯返回的瑞典患者分离株MZ857217.1聚类，尽管采样地区不同但以强bootstrap值聚在一起，表明遗传变异有限；与亚洲和美洲分离株聚类证实了通过人类活动或自然传播的人口扩张历史。目前市场上尚无治愈登革热感染的抗病毒药物，现有治疗仅为支持性。本研究聚焦E和NS1蛋白，计算对接分析显示五种FDA批准药物与E蛋白关键残基（尤其是H317、K400、E403和R407）显著相互作用，至少四种常见化合物对E和NS1蛋白均表现出高预测亲和力，这些亲和力可能归因于理化性质（如高分子量和亲脂性）。研究结论翻译：DENV-3序列具有遗传多样性，根据核苷酸差异分为不同基因型。鉴定这些基因型对于理解DENV血清型的进化和潜在差异具有重要意义。计算机研究揭示了已知药物作为DENV E蛋白潜在抑制剂，结合亲和力ICM评分在-85.69至-71.39之间，由极性和非极性相互作用介导。NS1蛋白代表另一个有前景的靶点，表现出相似的配体结合特性。至少四种化合物的结合亲和力表明稳定的二级结构，使其适合作为抗登革热治疗药物开发的先导候选化合物。
