植物源 ACE2-Fc 诱饵蛋白：抗击新冠变异毒株的新希望

《Scientific Reports》：An ACE2-Fc decoy produced in glycoengineered plants neutralizes ancestral and newly emerging SARS-CoV-2 variants and demonstrates therapeutic efficacy in hamsters

新冠病毒变异株（VOCs）不断涌现，导致新冠疫情反复，现有疗法效果受限。研究人员开展 “植物源 ACE2-Fc 诱饵蛋白对 SARS-CoV-2 变异株的中和作用及治疗效果研究”，发现该蛋白能有效中和多种变异株，在仓鼠模型中可减轻体重下降和肺部病毒复制，为抗病毒疗法开发提供新思路。

　　新冠疫情给全球带来了巨大挑战，新冠病毒（SARS-CoV-2）不断进化，出现了多种令人担忧的变异毒株（VOCs）。这些变异毒株不仅传染性增强，还具备免疫逃逸能力，使得许多原本有效的治疗手段，比如单克隆抗体疗法，效果大打折扣 。现有的治疗方法难以应对这些新出现的变异毒株，对易感染人群的健康构成了持续威胁。在这样的背景下，开发新的、有效的抗病毒治疗方法迫在眉睫。

来自奥地利格拉茨医科大学诊断与病理研究所、奥地利维也纳自然资源与生命科学大学植物生物技术与细胞生物学研究所等多个研究机构的研究人员，开展了关于植物源 ACE2-Fc 诱饵蛋白的研究。研究发现，这种在糖工程植物中产生的可溶性 ACE2-Fc 诱饵蛋白，能够有效中和不同的 SARS-CoV-2 毒株，对变异毒株的中和效力甚至比对原始毒株更强。并且在金黄地鼠模型中，经鼻给予 ACE2-Fc 能有效减轻感染病毒后的体重下降和肺部病毒复制。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为基于诱饵的抗病毒方法的进一步开发提供了有力支持。

研究人员为开展这项研究，用到了多种关键技术方法。在蛋白制备方面，通过农杆菌介导的转染，在糖工程烟草（Nicotiana benthamiana）ΔXT/FT 植物叶片中瞬时表达野生型和突变型 ACE2-Fc 蛋白，并利用蛋白 A 柱进行亲和层析纯化 。在检测分析方面，运用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测蛋白结合活性，通过差示扫描量热法分析蛋白稳定性，使用病毒中和试验评估蛋白对病毒的中和能力，在体内实验中还采用了实时荧光定量聚合酶链反应（RT-qPCR）检测病毒载量和炎症因子表达水平等。

下面来详细介绍研究结果：

• 植物源 ACE2-Fc 对多种 SARS-CoV-2 变异株具有中和能力：从农杆菌浸润的烟草叶片中分离出野生型人 ACE2-Fc，经 SDS-PAGE 和尺寸排阻色谱分析，其主要以二聚体形式存在，还有少量四聚体和更高聚体。通过测定半数抑制浓度（IC₅₀），发现野生型 ACE2-Fc 对包括原始毒株和多种变异株（如 Delta、Omicron 等）在内的 SARS-CoV-2 毒株均有强中和作用，且对后期变异株的中和活性比原始武汉株更高，而新冠康复者血清对后期变异株的中和活性降低。在模拟人类呼吸道上皮的 3D 培养模型（原代气液界面（ALI）培养）中，用 20μg/ml 的野生型 ACE2-Fc 预处理 SARS-CoV-2（de21），能有效抑制其感染 ALI 培养物，通过免疫组化染色和病毒 RNA 定量可证明这一点。
• 开发非结合型 ACE2-Fc 突变体作为体内研究对照：为证明野生型 ACE2-Fc 抗病毒活性的特异性，设计了突变型 ACE2-Fc 变体（mutACE2-Fc），将人 ACE2 中与 SARS-CoV-2 刺突蛋白受体结合域（RBD）接触的 8 个氨基酸替换为小鼠 ACE2 的对应氨基酸。ELISA 结果显示 mutACE2-Fc 失去了与武汉株 RBD 的结合能力，在细胞实验中也无法保护 VeroE6 细胞免受 Delta 毒株感染，但对 Omicron 毒株仍有残留中和活性。虽然突变降低了 ACE2 和 C_H²结构域的稳定性，但 mutACE2-Fc 的酶活性与野生型相当，因此可作为体内研究的阴性对照。
• 鼻内给予植物源 ACE2-Fc 可减轻感染 SARS-CoV-2 仓鼠的体重下降：在金黄地鼠体内实验中，仓鼠感染武汉 D614G（S）株 SARS-CoV-2 后，从感染后 24 小时开始，每天经鼻给予 2.5mg/ml 野生型 ACE2-Fc、2.5mg/ml mutACE2-Fc 或磷酸盐缓冲盐水（PBS）。结果显示，野生型 ACE2-Fc 处理组仓鼠的平均体重下降（3.9%）显著低于 PBS 处理组（11.5%），mutACE2-Fc 处理组体重下降（10.3%）与 PBS 组相似。同时，野生型 ACE2-Fc 处理组仓鼠肺部的感染性病毒颗粒数量显著减少（降低 2.5 log），促炎细胞因子和趋化因子的表达水平也降低，但肺部重量仍高于未感染仓鼠，且组织病理学评估显示肺部炎症评分无明显改善。免疫组化染色表明，野生型 ACE2-Fc 处理可显著减少感染病毒的细胞数量，而 mutACE2-Fc 处理组与 PBS 处理组的肺部感染程度相似。

研究结论和讨论部分表明，本研究证实了植物源 ACE2-Fc 诱饵蛋白对 SARS-CoV-2 变异株的中和及治疗作用。尽管之前也有关于可溶性 ACE2 诱饵的研究，但本研究首次在感染后 24 小时给予 ACE2-Fc 进行治疗，且发现鼻内给药能显著干扰病毒在呼吸道的复制。不过，研究中使用的 mutACE2-Fc 作为特异性对照可能仅适用于早期毒株研究，对新出现的 Omicron 变异株不太适用。总体而言，该研究突出了植物源 ACE2-Fc 诱饵蛋白作为抗病毒候选药物的潜力，其具有类似人类的糖基化修饰，有望开发出针对当前及未来 SARS-CoV-2 变异株的广谱中和药物，还可能用于治疗其他以 ACE2 为宿主细胞受体的 β 冠状病毒感染，为抗病毒药物研发开辟了新方向。