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新冠疫情全球蔓延，治疗药物亟待开发。研究人员开展了植物乳杆菌素 JK（Pln-JK）对 SARS-CoV-2 的 NSP1 抑制作用的研究。结果显示 Pln-JK 与 NSP1 结合良好，是安全有效的药物候选分子，为抗新冠药物研发提供新方向。
新冠疫情给全球带来了巨大挑战，截至 2024 年 11 月 24 日，已有大量确诊病例和死亡病例。目前缺乏针对 SARS-CoV-2 的特效治疗药物，这使得开发安全有效的药物迫在眉睫。在新冠病毒的众多蛋白中，NSP1（非结构蛋白 - 1）起着关键作用，它能抑制宿主细胞蛋白合成、诱导宿主 mRNA 的内切核酸酶切割并逃避宿主的先天免疫防御，是病毒复制和致病的重要毒力因子，因此成为抗病毒治疗开发的重要靶点。
在此背景下，研究人员开展了关于植物乳杆菌素 JK（Pln-JK）对 SARS-CoV-2 的 NSP1 抑制作用的研究。研究发现，Pln-JK 与 NSP1 具有良好的结合能力，能形成稳定的复合物，且 Pln-JK 被预测为非过敏性和无毒的，是一种有潜力的安全有效的抗 SARS-CoV-2 感染的分子。该研究成果对于抗新冠药物的研发具有重要意义，为后续的药物开发提供了新的方向和理论依据，论文发表在《Aspects of Molecular Medicine》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先从蛋白质数据库（RCSB PDB）获取 NSP1 的 X 射线衍射结构，从相关数据库获取 Pln-JK 和参考抗病毒肽 PEP5 的序列信息。然后利用 PatchMAN、CABS-dock 和 ClusPro 服务器进行分子对接，预测蛋白与肽的结合能力。通过 PRODIGY 服务器预测结合亲和力和解离常数（KD） 。运用 HawkDock 服务器进行 MM-GBSA 结合自由能计算，使用 GROMACS 软件进行分子动力学模拟（MDS），并利用 gmx_MMPBSA 工具进行 MM-PBSA 结合自由能计算。还通过多种网络服务器对肽进行安全性和毒性分析。
研究结果
- 蛋白质模型质量和结构真实性：对 NSP1 进行 Ramachandran 图分析和 Z 评分预测，结果表明其模型质量良好，适合进行分子对接研究。其中，93.9% 的氨基酸位于最有利区域，整体质量因子为 97.14，Z 评分为 -6.95。
- 分子对接分析：通过 PatchMAN 和 CABS-dock 对 NSP1 与 Pln-JK、PEP5 进行分子对接，并利用 ClusPro 服务器验证。结果显示，Pln-JK 与 NSP1 的结合能量更低，表明其抑制 NSP1 蛋白的活性比 PEP5 更强。
- PRODIGY 分析：PRODIGY 分析显示，NSP1-Pln-JK 复合物的结合亲和力为 -9.1 kcal/mol，KD值为 2.1×10?7 ，而 NSP1-PEP5 复合物的结合亲和力和 KD值在 PatchMAN 和 CABS-dock 生成的复合物中分别为 -7.2 kcal/mol、4.8×10?6 M 和 -5.9 kcal/mol、4.8×10?5 M。这再次证实 Pln-JK 对 NSP1 的亲和力更强。
- HawkDock-based MM-GBSA 结合自由能：计算结果表明，NSP1-Pln-JK 复合物的 MM-GBSA 结合自由能低于 NSP1-PEP5 复合物，说明 Pln-JK 与 NSP1 的结合更稳定，且 PatchMAN 生成的复合物结合更强。
- 分子动力学模拟和 MM-PBSA 结合自由能：对 PatchMAN 生成的复合物进行分子动力学模拟和 MM-PBSA 结合自由能计算。结果显示，NSP1-Pln-JK 复合物在模拟过程中表现出良好的稳定性，其 MM-PBSA 结合自由能为 -31.89 ± 0.91 kcal/mol，低于 NSP1-PEP5 复合物的 -24.94 ± 0.6 kcal/mol，进一步证明了 NSP1-Pln-JK 复合物的稳定性更强。
- 蛋白质 - 肽相互作用和键分析：分析发现，NSP1-Pln-JK 复合物形成了多种相互作用，包括氢键、盐桥和疏水接触，涉及多个关键氨基酸残基。相比 NSP1-PEP5 复合物，NSP1-Pln-JK 复合物的相互作用更强，结构更稳定。
- 肽的安全性和毒性分析：对 Pln-JK 和 PEP5 进行分析，结果显示 Pln-JK 具有良好的水溶性，两者均为非过敏原和非毒素，但它们的口服生物利用度较低。
研究结论和讨论
本研究通过一系列计算机模拟实验，全面评估了 Pln-JK 对 SARS-CoV-2 NSP1 的抑制作用。研究结果表明，Pln-JK 与 NSP1 具有良好的结合能力，形成的复合物热力学稳定性高，且 Pln-JK 安全性良好。这为基于肽的抗新冠药物开发提供了新的思路，Pln-JK 有望成为治疗新冠的潜在药物。然而，该研究也存在一定局限性，如无法直接推荐 Pln-JK 作为处方药，还需通过更精确的计算研究、对多种靶点的测试以及实验验证来进一步确认其疗效和安全性。未来，需要开展更多的体外和体内实验以及临床试验，以充分验证 Pln-JK 的治疗效果，推动其在临床治疗中的应用，为抗击新冠疫情提供更有效的手段。
