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蛋白质可以阻止Covid-19引发的细胞因子风暴

作者:Zhang Shuguang来源:MIT

新冠Covid-19病毒在严重情况下可能引发的过度免疫反应。这种免疫过度反应,又被称为细胞因子风暴,它损害肺部,可能致命。

麻省理工学院的一个研究小组已经开发出了与抗体结构相似的特殊蛋白质,这些蛋白质可以吸收这些过量的细胞因子。

麻省理工学院的研究科学家、该项研究的参与者之一Qing Rui 说:

“我们的设想是,它们可以被注射到体内,并与细胞因子风暴产生的过量细胞因子结合,去除过量细胞因子,缓解感染症状。”

该项目的主要参与者还包括:

Zhang Shuguang, 麻省理工学院媒体实验室分子结构实验室的首席研究科学家。

Hao Shilei ,麻省理工学院访问学者。

David Jin,Avalon globcare首席执行官。

分子海绵

研究人员进行的阻止细胞因子风暴的工作,源于Zhang Shuguang10年前开始的一个项目,该项目旨在开发膜嵌入蛋白的改良版本。

这些蛋白质很难研究,因为一旦从细胞膜中提取出来,它们只有悬浮在特殊类型的洗涤剂中才能保持其结构。

经过几年的研究,Zhang和Qing开发了一种修饰这些蛋白质疏水区域的方法,使它们可溶于水,更容易研究。

他们的方法称为QTY代码,要求用具有相似结构的亲水性氨基酸替换一些疏水性氨基酸。亮氨酸转化为谷氨酰胺,异亮氨酸和缬氨酸转化为苏氨酸,苯丙氨酸转化为酪氨酸。

随着QTY代码的发展,Jin带着设计一种水溶性蛋白质,作为细胞因子受体的想法,联系了Zhang的实验室。

这些受体存在于免疫细胞表面,在那里它们与细胞因子结合-信号蛋白刺激炎症和其他免疫反应。

Jin认为模拟这些细胞因子受体的蛋白质可以帮助对抗细胞因子风暴,这些风暴可能是由病毒或细菌感染产生的。它们是癌症免疫疗法的副作用。

2019年4月,Zhang的团队着手设计可以像海绵一样吸收等多余细胞因子的蛋白质。

为此,他们使用QYT代码制备水溶性形式的细胞因子受体。当蛋白质可溶于水时,它们可以有效地穿过人体血液,而蛋白质的原始疏水形式可能会粘附在它们遇到的细胞上。

研究人员还将称为Fc区的抗体片段连接到其水溶性受体蛋白上。该区域有助于进一步稳定血液中的蛋白质,并使其不要受到免疫系统的攻击。

研究人员设计了模拟六种不同细胞因子受体的蛋白质,这些受体可以与细胞因子如干扰素和白细胞介素,以及一类称为趋化因子的细胞因子结合

在蛋白质结合强度的实验室测试中,研究人员发现它们的修饰蛋白质能够与天然存在的细胞因子受体有相似强度的细胞因子结合。

Jin说:“我们设计的细胞因子受体将吸收细胞因子风暴期间释放的大部分过量细胞因子。”

3月,当有证据表明SARS-CoV-2病毒在某些患者中诱发细胞因子风暴时,研究人员意识到他们设计的受体蛋白可能能够提供帮助。

他们迅速公布他们迄今为止产生的结果,他们现在计划在人类细胞和Covid-19感染的动物模型中进行额外的测试。

研究人员已经提交了他们设计的蛋白质专利,以及他们创造水溶性细胞因子受体的整体方法。他们希望快速获得该技术的许可,并与可以与制药和生物技术公司合作。

该研究主要由Avalon GloboCare资助,中国奖学金委员会和中国重庆大学奖学金也有资助。



QTY

人类基因组编码的蛋白质中约有30%是膜蛋白,这种蛋白质跨越细胞膜,从而促进细胞与其环境之间的交流。

尽管这些蛋白质普遍存在,但科学家们很难研究它们的结构和功能,因为膜结合部分非常疏水,因此它们不能溶解在水中。这使得进行结构分析变得更加困难。

为了更容易进行此类结构研究,麻省理工学院的研究人员开发了一种方法,通过将某些疏水性氨基酸交换为亲水性氨基酸,使这些蛋白质具有水溶性。

该技术代码比先前开发的使这些蛋白质可溶的方法简单得多。

Zhang开发该代码的关键思想是,少数疏水氨基酸具有与某些亲水氨基酸非常相似的结构。这种相似之处使Zhang提出了一个代码,其中亮氨酸转化为谷氨酰胺,异亮氨酸和缬氨酸转化为苏氨酸,苯丙氨酸转化为酪氨酸。

另一个重要因素是这些氨基酸均不带电,因此交换它们似乎对整体蛋白质结构的影响最小。实际上,异亮氨酸和苏氨酸非常相似,以至于组装蛋白质的细胞结构核糖体偶尔会插入错误的核糖体-大约每200至400次出现一次。

研究人员称为QTY代码,分别代表谷氨酰胺,苏氨酸和酪氨酸的三个字母。

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参考文献

Proteins may halt the severe cytokine storms seen in Covid-19 patients



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