纳帕海舞蛛(Alopecosa nagpag)抗黄病毒多肽的结构与功能研究

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蜘蛛隶属于节肢动物门蛛形纲蜘蛛目,起源自古生代前泥盆纪,目前是陆地上多样性最丰富的捕食者类群之一。蜘蛛的抗逆能力很强,能在恶劣的环境中生存并不断进化,这得益于蜘蛛毒素强大的抗菌和抗病毒能力。和许多有毒动物如海洋锥螺、蝎子和蛇一样,蜘蛛毒液是针对多种受体的极其复杂的毒素混合物,富含盐、核苷酸、多胺、多肽、游离氨基酸、神经递质、蛋白质和酶等。随着越来越多的蜘蛛毒液成分被发掘,人们认识到蜘蛛毒液是药理学研究和疾病治疗的新工具。由于蜘蛛物种资源极为丰富,其毒素多肽具有结构和功能多样性,因此在病毒学研究中作为一个崭新的活性分子资源日益受到关注。随着地理范围的不断扩大、病例数量和疾病严重程度的增加,黄病毒感染的疾病已经从一种散发性疾病发展成为一种公共卫生问题,具有重大的社会和经济影响。黄病毒由自然界中广泛存在的媒介埃及伊蚊和白纹伊蚊传播。同时,黄病毒复杂的进化过程和疫苗接种策略的严重不足,使人们迫切需要开发新的抗病毒药物作为治疗方案。登革病毒(DENV)和寨卡病毒(ZIKV)都是具有代表性的黄病毒,编码3种结构蛋白以及7种非结构蛋白。其中非结构蛋白NS2B和NS3组成的复合体NS2B-NS3pro是病毒蛋白酶保持活性所必需的。抑制NS2B-NS3pro会导致病毒蛋白的形成受损,最终导致病毒复制能力降低。本研究针对云南省香格里拉地区的纳帕海舞蛛进行探究,目的是筛选出该蜘蛛毒液成分中的抗病毒多肽,并检测毒素多肽是否具有NS2B-NS3蛋白酶抑制剂活性。纳帕海舞蛛(Alopecosanagpag)隶属于狼蛛科舞蛛属,已经被发现了近20年,但其毒液的成分还没有被研究过,更未涉及抗病毒活性多肽方面。我们收集了A.nagpag蜘蛛的毒液,经过一系列纯化手段如葡聚糖凝胶色谱、反相高效液相色谱等分离鉴定出一种抗病毒多肽,并根据合理的命名方法将其命名为Antiviral-Lycotoxin-An1a(Av-LCTX-An1a)。通过 Edman 降解法测定了 An1a 的氨基酸序列。此多肽由36个氨基酸组成,含6个半胱氨酸。一级序列的理论分子量为4193.77 Da,这比天然多肽的分子量大6Da,说明天然多肽内部形成了 3对分子内二硫键。复性成功后,通过细胞增殖、溶血活性检测等实验,我们发现An1a在小于20 μM的浓度下没有细胞毒性和溶血活性,可用于后续实验。接着,利用荧光定量核酸扩增、噬斑和免疫细胞荧光检测在HUVEC、A549细胞上体外验证了 An1a的抗DENV2和ZIKV活性,得到10 μMAn1a能够抑制80%的病毒复制。我们继续探究An1a的抗作用机制,分别构建了 DENV2和ZIKV的NS2B-NS3蛋白酶表达载体并成功表达出NS2B-NS3pro,实时荧光蛋白酶抑制实验和Dixon分析证明了 An1a能够抑制NS2B-NS3pro从而抑制病毒在细胞内的复制。其中,An1a作为DENVNS2B-NS3pro的竞争性抑制剂,抑制常数Ki值为9.47±1.23 μM;作为ZIKV NS2B-NS3pro的竞争性抑制剂,Ki值为 12.54±1.88 μM。本研究揭示了蜘蛛多肽An1a抑制登革和寨卡病毒复制的作用机制,表明An1a是对抗黄病毒感染的候选药物。尽管首次在A.nagpag 蜘蛛的毒液中发现了抗病毒多肽,但毒液的其他成分在很大程度上仍不为人所知。考虑到A.nagpag蜘蛛毒液的复杂性,对其生物活性肽的研究需要进行更多的工作。此外,An1a能否成为广谱的抗黄病毒多肽还需要进一步体内实验及临床检测。总之,我们的发现不仅证实An1a是抗黄病毒的候选药物,还表明蜘蛛毒液是一个潜在的富含抗病毒前体分子的资源库。
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