《Journal of Virology》：Challenges in developing broad-spectrum viral attachment inhibitors targeting heparan sulfates and sialic acids
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本綜述深入探討了以病毒入侵初期高度保守的糖結(jié)合位點(diǎn)——硫酸肝素（HS）和唾液酸（SA）為靶點(diǎn)的廣譜抗病毒策略的進(jìn)展與瓶頸。文章系統(tǒng)剖析了針對(duì)這兩類附著受體的多種干預(yù)策略，包括去除、屏蔽細(xì)胞表面受體以及模擬受體開發(fā)多價(jià)/病毒殺滅型抑制劑，并總結(jié)了相關(guān)分子在臨床前與臨床試驗(yàn)中的表現(xiàn)。盡管體外（in vitro）研究前景廣闊，但該類療法在臨床轉(zhuǎn)化中仍面臨效力不足、脫靶效應(yīng)、給藥途徑和耐藥性等諸多挑戰(zhàn)。最后，本文展望了克服現(xiàn)有障礙、開發(fā)可臨床應(yīng)用的新型附著抑制劑的潛在技術(shù)路徑。
病毒附著受體
病毒與宿主細(xì)胞的附著是其生命周期中決定宿主特異性和啟動(dòng)感染的關(guān)鍵第一步。眾多病毒利用相同的附著受體，其中最主要的兩類是硫酸肝素（HS）和唾液酸（SA）。HS是帶負(fù)電荷的線性聚糖鏈，與蛋白質(zhì)核心結(jié)合形成硫酸肝素蛋白聚糖（HSPG），存在于細(xì)胞膜或細(xì)胞外基質(zhì)中，在細(xì)胞粘附、信號(hào)傳導(dǎo)、生長(zhǎng)因子結(jié)合等多方面發(fā)揮重要生理功能。SA則是九碳單糖家族，通常位于真核細(xì)胞膜上糖蛋白和糖脂的碳水化合物鏈末端，易于進(jìn)行蛋白質(zhì)-配體相互作用，參與細(xì)胞粘附、信號(hào)識(shí)別和免疫調(diào)節(jié)等過(guò)程。
病毒與HS的相互作用通常依賴于病毒糖蛋白上的正電荷殘基，這種結(jié)合可能通過(guò)單點(diǎn)突變自然產(chǎn)生或在細(xì)胞系傳代中因HS豐度高而出現(xiàn)。例如，腸道病毒71（Enterovirus 71）和嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）在結(jié)合HS后，仍需與特定的進(jìn)入受體（如SCARB-1或ACE2）相互作用才能完成入侵。相反，與SA的相互作用通常更具特異性，有些病毒（如人流感病毒株）可依賴此結(jié)合直接觸發(fā)進(jìn)入，而另一些（如呼吸系統(tǒng)病毒和MERS-CoV）則僅將其作為附著受體以增加細(xì)胞表面密度，隨后再與特定蛋白受體結(jié)合。值得注意的是，一些病毒如副流感病毒3（PIV3）和腺病毒37（Ad37）可同時(shí)利用HS和SA，但結(jié)果不同。病毒在釋放階段也需要克服與這些糖類的重新附著，例如流感病毒表達(dá)神經(jīng)氨酸酶以切割SA，而單純皰疹病毒（HSV）會(huì)上調(diào)細(xì)胞肝素酶以切割HS。
靶向病毒附著的抗病毒策略
為阻斷病毒與宿主細(xì)胞HS/SA的相互作用，已發(fā)展出多種策略，主要包括：
- 1.
從細(xì)胞表面去除HS和SA：可通過(guò)宿主細(xì)胞的基因操作（如CRISPR/Cas9篩選）或酶法去除。其中，重組融合蛋白DAS-181（Fludase）是一種先進(jìn)的策略，它通過(guò)其唾液酶活性去除細(xì)胞表面的SA，已在副流感病毒（PIV）和流感病毒（IV）感染的臨床試驗(yàn)中顯示出一定療效，尤其在一部分免疫功能低下的嚴(yán)重患者中觀察到益處。然而，其全身吸收和免疫刺激等不良反應(yīng)限制了廣泛應(yīng)用。類似地，使用重組肝素酶的策略因潛在的促癌活性和可能增強(qiáng)病毒釋放的風(fēng)險(xiǎn)而未被深入探索。
- 2.
屏蔽細(xì)胞表面的HS和SA：該策略通過(guò)分子結(jié)合并“遮蓋”細(xì)胞表面的糖受體，防止病毒附著。HEX17（Neumifil）是代表性分子，它由多個(gè)唾液酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成，既能屏蔽SA，也能直接與病毒糖蛋白相互作用。在II期臨床試驗(yàn)中，HEX17顯著降低了流感病毒攻擊后的有癥狀感染率和病毒載量。其他分子如陽(yáng)離子聚合物AGMA1、樹狀大分子SB105A10、肽段G1/G2以及已獲FDA批準(zhǔn)的藥物魚精蛋白硫酸鹽（Protamine Sulfate, PS）也被證明可通過(guò)屏蔽HS來(lái)抑制多種病毒（如HSV、HPV、RSV）的附著，但多數(shù)尚未進(jìn)入后期臨床試驗(yàn)。
- 3.
模擬HS和SA：這類策略直接靶向病毒本身，通過(guò)設(shè)計(jì)多價(jià)分子模擬HS或SA的結(jié)構(gòu)，競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合病毒的結(jié)合位點(diǎn)。最著名的例子是肝素（Heparin），它在體外對(duì)多種HS依賴病毒有效，吸入式肝素在COVID-19的臨床試驗(yàn)中顯示出積極效果，但其全身給藥的抗凝血等副作用是主要限制。此外，一系列硫酸化/磺酸化分子（如K5多糖衍生物、殼聚糖衍生物）、硫酸化聚合物（如PRO2000、卡拉膠、纖維素硫酸鹽）以及多價(jià)SA模擬物（如6‘-唾液酸乳糖-PAMAM偶聯(lián)物、PAA-YDS）也被開發(fā)出來(lái)。然而，許多進(jìn)入臨床試驗(yàn)的陰道微生物殺滅劑（如PRO2000、Carraguard、纖維素硫酸鹽）未能顯示出預(yù)防HIV或HPV的效力，其失敗可能與陰道局部環(huán)境、用藥依從性及制劑刺激性有關(guān)。
- 4.
具有殺病毒活性的HS/SA模擬物：近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在模擬受體的配體上連接疏水基團(tuán)并置于多價(jià)支架上，可賦予分子殺病毒活性，能不可逆地破壞病毒包膜。這類材料包括磺化納米顆粒、磺化環(huán)糊精、硫酸化苯、唾液酸化環(huán)糊精等。它們對(duì)多種病毒展現(xiàn)出比單純競(jìng)爭(zhēng)性抑制更強(qiáng)的效力和更持久的治療效果，甚至在感染后給藥仍有效。例如，一種同時(shí)模擬HS和SA的單一大分子在人類呼吸道組織模型和小鼠體內(nèi)對(duì)PIV3、RSV、SARS-CoV-2、人流感和禽流感病毒等多種主要呼吸道病毒均表現(xiàn)出活性。此外，硫酸化樹枝狀大分子SPL7013（VivaGel活性成分）在針對(duì)SARS-CoV-2的臨床試驗(yàn)中也顯示出降低上呼吸道病毒載量的效果。
附著抑制劑面臨的挑戰(zhàn)
盡管靶向病毒附著的概念提出已久，但尚未有療法進(jìn)入常規(guī)臨床應(yīng)用，主要挑戰(zhàn)包括：
- •
細(xì)胞表面修飾的局限性：遺傳學(xué)方法潛在毒性較大；酶去除法（如DAS-181）在更廣泛人群中的應(yīng)用因副作用受限。
- •
微生物殺滅劑試驗(yàn)的失敗：陰道給藥的硫酸化化合物在預(yù)防HIV和HPV的臨床試驗(yàn)中療效有限或無(wú)療效，可能與局部生理環(huán)境、依從性、黏膜刺激以及化合物的可逆性結(jié)合（病毒抑制而非殺滅）有關(guān)。
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殺病毒活性的重要性：具有殺病毒活性的材料能不可逆地滅活病毒，其效力更強(qiáng)，且在治療性給藥（感染后）設(shè)置中仍能保持效果，這可能是未來(lái)發(fā)展的優(yōu)先方向。
- •
給藥途徑：HS和SA在體內(nèi)分布廣泛、功能重要，要求抑制劑在感染部位達(dá)到高濃度以減少脫靶效應(yīng)。因此，目前最先進(jìn)的策略多為局部給藥（如吸入、鼻噴、陰道凝膠）。開發(fā)可全身給藥（如口服）的有效附著抑制劑對(duì)于應(yīng)對(duì)大流行、治療有病毒血癥期的病毒（如正黃病毒、埃博拉病毒）至關(guān)重要。
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耐藥性：HS模擬物由于涉及多個(gè)正電荷相互作用，耐藥屏障較高；而SA模擬物因相互作用特異性高，單個(gè)點(diǎn)突變就可能導(dǎo)致效力下降，耐藥風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。聯(lián)合用藥可能是延緩耐藥的一種策略。
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廣譜性：理想的抑制劑應(yīng)對(duì)同一解剖部位感染的多種病毒均有活性。通過(guò)在同一支架上結(jié)合HS和SA兩種配體，可以開發(fā)出抑制譜更廣的化合物，這對(duì)于應(yīng)對(duì)季節(jié)性和新發(fā)呼吸道病毒威脅具有重要意義。
結(jié)論
總之，盡管靶向病毒附著面臨諸多挑戰(zhàn)，但開發(fā)廣譜附著抑制劑仍然是抗病毒研究的關(guān)鍵領(lǐng)域。人工智能在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用以及大規(guī)模化合物庫(kù)的篩選，有望加速識(shí)別和設(shè)計(jì)能夠克服現(xiàn)有局限性的新型抗病毒藥物。推進(jìn)此類療法將為對(duì)抗現(xiàn)有和新發(fā)病毒威脅提供一個(gè)強(qiáng)大而多功能的工具，增強(qiáng)全球?qū)ξ磥?lái)疫情的應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。
