代謝相關疾病，如肥胖、糖尿病、高血壓和高膽固醇等，是最早發(fā)現(xiàn)的新冠重癥相關危險因素之一。美國CDC統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大約30.2%的新冠住院治療患者可以歸因于肥胖（截至2020年底統(tǒng)計），過度肥胖的新冠感染者的住院風險可能提高2倍，但具體機制尚未闡明。目前，抗病毒藥物開發(fā)策略主要集中在利用小分子抑制劑，核苷酸類似物，抗體等方式靶向病毒蛋白自身分子，從而達到抑制病毒進入細胞，病毒復制以及病毒組裝等過程。靶向病毒的藥物通常具有很好的特異性，在體外實驗和病毒感染早期具有較強的抗病毒活性，例如，靶向抑制病毒RNA依賴RNA聚合酶 (RdRp) 的瑞德西韋（Remdesivir）等。但是由于快速復制的病毒會產(chǎn)生大量病毒蛋白，所以靶向病毒藥物通常只對初期感染病人有效，同時RNA病毒不斷產(chǎn)生新的突變也更容易使靶點失效從而產(chǎn)生耐藥。因此，靶向宿主成為另外一個主要的抗病毒藥物策略，近年來越來越受到重視。病毒無法獨立生存，所有生命活動都依賴于宿主細胞。通過特異性調(diào)控宿主細胞信號通路，干預病毒復制所依賴的細胞內(nèi)環(huán)境等方式實現(xiàn)抗病毒療效。靶向宿主藥物通常具有廣譜抗病毒活性、不易耐藥等優(yōu)點，非常有利于針對快速傳播的新病毒進行快速開發(fā)和臨床應用。

近日，美國南加州大學王榮福教授課題組在Nature Metabolism雜志發(fā)表了題為 “Pharmacological inhibition of fatty acid synthesis blocks SARS-CoV-2 replication”的重要科研論文，證實脂肪酸合成途徑是新冠病毒在宿主細胞內(nèi)進行快速復制的關鍵性因素，并通過大量篩選，發(fā)現(xiàn)以Orlistat（奧利司他）為代表的脂肪酸合成抑制劑對新冠病毒及常見突變毒株具有廣譜抗病毒活性，同時在K18-hACE2小鼠模型中顯著提高病毒感染后的宿主生存率。

文章首先利用大規(guī)模RNA干擾文庫 (RNAi library) 篩選，在宿主細胞中逐一抑制代謝相關基因的表達，并檢測新冠病毒在其中的感染和復制能力。利用綠色熒光蛋白標記的新冠病毒株 (SARS-CoV-2-mNG) ，作者發(fā)現(xiàn)多個代謝相關基因可調(diào)控新冠病毒的感染或復制，其中FASN或ACACA的沉默對新冠病毒具有顯著的抑制作用。ACACA基因編碼的乙酰輔酶A羧化酶1 (ACC1) 和FASN基因編碼的脂肪酸合成酶 (FAS) 同屬于脂肪酸合成過程的關鍵限速酶：ACC1 催化乙酰輔酶A生成丙二酰輔酶A，為脂肪酸的合成提供底物；而FASN進一步將乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A縮合為棕櫚酸，后者是其他飽和脂肪酸或單不飽和脂肪酸的前體。文庫篩選之后，作者通過基因敲除技術進一步驗證了宿主FASN基因在調(diào)控新冠病毒復制中的關鍵作用。

圖1. 篩選與新冠病毒相關的代謝基因

脂肪酸合成途徑是肥胖，腫瘤等疾病的重要治療靶點。多個靶向FAS的小分子抑制劑已經(jīng)進入I/II 期臨床試驗，Orlistat更是經(jīng)典的口服非處方藥物。文章系統(tǒng)性篩選了22個FAS小分子抑制劑，發(fā)現(xiàn)其中11個都具有抑制新冠病毒的潛能，并在體外細胞毒性實驗中顯示出安全性。文章選擇了其中最具潛力的三個小分子做進一步研究（Orlistat，TVB-2640，TVB-3664），在包括人類肺部細胞的多個細胞系中驗證了其抗病毒功能，并發(fā)現(xiàn)這些抑制劑在細胞感染后或在高滴度病毒環(huán)境下依然具有保護宿主細胞的效能。更重要的是，除了原發(fā)病毒株，F(xiàn)AS抑制劑對目前流行的突變病毒株 (Alpha，Beta，Delta) 依然具有相近的抑制作用。由于小分子抑制劑可以特異性靶向宿主蛋白，干擾新冠病毒在細胞內(nèi)復制的關鍵過程，理論上新冠病毒更難通過突變產(chǎn)生對此療法的耐藥性。

圖2. 脂肪酸合成酶抑制劑的篩選及功能驗證

接下來，作者通過新冠病毒敏感型K18-hACE2小鼠模型，發(fā)現(xiàn)Orlistat可以顯著提高病毒感染小鼠的生存率，并伴隨著較小的體重下降。同時，Orlistat處理組小鼠的肺部病毒含量和肺部組織病理指標均有顯著下降。除預防作用外，病毒感染后使用Orlistat也具有一定的治療效果。此外，TVB-2640也在動物實驗中對新冠病毒呈現(xiàn)出一定的抑制作用。Orlistat作為已批準為肥胖治療的非處方藥物，主要通過抑制腸道脂肪酶來抑制人體對脂肪的吸收，同時抑制FAS的活性和細胞內(nèi)脂肪酸合成。TVB-2640目前正處于二期臨床試驗，用于治療多種腫瘤和非酒精性脂肪性肝炎，兩種候選藥物都具有良好的臨床安全性。

圖3. Orlistat在動物模型中抑制新冠病毒復制和疾病進程

脂肪酸是一大類含有一個羧基和不同長度的脂肪族碳氫鏈的化合物，是重要的能量分子，也是生物膜的構成單元。正鏈RNA病毒進入宿主細胞后會造成細胞內(nèi)膜的重組，并在特化的雙層膜囊泡 (double-membrane vesicles) 結構中進行復制與轉錄。因此，抑制脂肪酸合成可以阻斷病毒在細胞內(nèi)的復制過程。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AS抑制劑可以抑制包括登革熱病毒 (Dengue virus), 寨卡病毒 (Zika viru) 和日本腦炎病毒 (Japanese encephalitis virus) 等多種類型的正鏈RNA病毒。另外，在非典病毒 (SARS-CoV-1) 和新冠病毒中都發(fā)現(xiàn)，S (spike) 蛋白的棕櫚?；揎?(palmitoylation, 一種常見的脂肪酸修飾) 對病毒與受體的結合是必須的。這些結果都意味著，抑制脂肪酸合成途徑有望成為一種廣譜的抗病毒方法。但此療法在臨床中是否能夠降低新冠感染者 (特別是有癥狀患者) 的病毒負荷和重癥轉化率，以及具體的療效和給藥方式等，有待后續(xù)的臨床實驗研究。

南加州大學博士后儲君君，助理教授邢常勝，博士后杜陽為該論文的共同第一作者。王榮福教授為通訊作者。本研究在南加州大學生物安全三級實驗室完成。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s42255-021-00479-4

來源：《自然—代謝》