由香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）及工程学院研究人员组成的跨学科团队近日成功研发一个创新的筛选技术平台，可快速评估新型冠状病毒（SARS-CoV-2）变异对疾病严重程度的影响。研究成果早前已于知名期刊《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）中发表，新技术与传统方法相比，筛选速度提高达 39 倍，意味着科学家可以更快识别出有可能对公共卫生构成重大潜在威胁的新兴变异株，从而及早介入限制病毒传播。
国际医疗健康周圆满举行，展现香港生医产业新优势（基因线上国际版）新冠变异株危险程度各异，刺突蛋白突变乃关键所在
新冠病毒是过去数年全球 COVID-19 大流行的罪魁祸首。病毒自最初被发现以来，一直不断突变和演化，从早期的 Alpha 和 Gamma 变异株，到后来造成全球大爆发的 Delta 和 Omicron 系列，加上其他数千种未有构成重大威胁的已知突变，病毒的演化至今仍然持续发生。在芸芸众多的突变之中，以刺突蛋白（Spike protein，又称为棘蛋白）的突变对病毒的传播能力和致命程度尤为重要。
在病毒感染过程中，新冠病毒的刺突蛋白与人类血管张力素转换酶 2（ACE2 受体）结合，使病毒可以进入受感染的细胞，并与邻近未受感染的细胞融合，形成一种名为合胞体（Syncytium）的多核巨细胞。科学家发现，合胞体的形成会促使病毒基因组转移到邻近细胞，加剧病毒传播和令重症机率增加。过去的研究结果也显示，COVID-19 重症患者的肺部经常出现合胞体细胞，对肺部组织造成破坏，印证刺突蛋白引起的细胞融合与病毒感染的严重程度相关。换句话说，如果刺突蛋白的突变使其更容易与 ACE2 受体结合，该变异株触发细胞融合的机率也会随之而增加，病毒的危险程度也会相应提升。
港大两学院跨领域合作，革新变种病毒筛选技术
要借由大规模筛选以评估细胞间融合的程度与状况，现有的做法是构建和监测个别刺突蛋白变体，以评估其形成合胞体的潜力。可是此技术难度甚高、成本昂贵、且筛选速度和效率仍然有待改进。在此次研究中，港大团队改用新的筛选方法和先进的基因技术，识别促进合胞体形成的特定基因和细胞蛋白，使整个过程的成本效益显著提升。
研究人员采用了分裂绿色萤光蛋白（split green fluorescent protein）系统，当发生细胞融合时就会产生可检测的萤光信号，搭配微流控（Microfluidics）技术和深度突变扫描系统，成功建立一个高通量快速筛选平台，能够以前所未有的速度分析大量刺突蛋白变体及其诱发细胞融合的能力，处理速度比旧方法快达 39 倍。另外为提高筛选效率，团队开发了一种根据细胞大小筛选的策略，从而更快地分辨已融合和未融合的细胞。与传统方法比较，新方法精确度超过 80%。
通过研究新冠病毒刺突蛋白及其突变，研究人员发现与病毒原始株相比，某些变异株（例如 Delta）会形成较大的合胞体，意味着其传染性和危险性可能更高。值得注意的是，团队也留意到单个 K854H 突变可以将 Omicron 变异株转变为具有更高融合能力的变异株。
除了借助细胞大小的差异辨识已融合的细胞、以及对突变进行定位之外，港大团队还进行了全基因组 CRISPR 筛选，发现除了 ACE2 受体外，另有两种与细胞内吞作用（Endocytosis）有关的蛋白 AP2M1 和 FCHO2 会促使合胞体形成。
研究人员随后以细胞内吞作用作为靶点，尝试以两款获 FDA 核准的精神科药物 — 氯丙嗪（Chlorpromazine，一种抗精神病药物）和氟伏沙明（Fluvoxamine，一种抗忧郁药物）对患病的仓鼠提供治疗。过往有研究显示，前者具有抗病毒作用，而后者则能有效降低新冠病人重症住院与死亡风险。港大团队此次在仓鼠模型实验中发现，这些药物可以抑制由刺突蛋白诱导的合胞体形成，并有潜力缓解病情。
跳脱新冠病毒防治领域，新技术具多元应用潜力
这项研究的意义在于其跨学科性质，结合高通量基因筛选、大规模诱变、液滴微流控技术和病毒学方法，有助科学家进一步了解由细胞融合所导致的生理和病理学后果。研究论文中提到，借助配对细胞分析系统（paired-cell profiling systems），不仅能研究新冠病毒，也可以延伸至其他能够诱导合胞体形成的病毒，包括人类免疫缺乏病毒（HIV）、呼吸道融合病毒（RSV）、疱疹病毒和其他冠状病毒。
带领研究团队的港大医学院生物医学学院副教授黄兆麟博士表示：“这些创新系统不仅助我们快速追踪新型冠状病毒变异并找出治疗方案，还可以广泛应用于各种与细胞融合相关的生物医学研究，包括癌症免疫疗法。”展望未来，黄教授也指出，从此次研究中收集到的重要资料以及过程中建立的崭新方法将有助促进公共卫生工作，并为治疗新冠肺炎和其他涉及细胞融合的疾病提供新策略。
延伸阅读：香港癌症研究新突破，两大医学院新研究荣登国际期刊参考资料：
1. https://www.nature.com/articles/s41551-023-01140-z#Abs1
2. https://www.med.hku.hk/en/news/press/20240404-HKUMed-innovative-platforms-rapidly-track-SARS-CoV-2-mutational-impact
3. https://www.nature.com/articles/s41418-021-00795-y
4. https://www.frontiersin.org/journals/psychiatry/articles/10.3389/fpsyt.2020.612347/full
5. https://www.thelancet.com/journals/langlo/article/PIIS2214-109X(21)00448-4/fulltext
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因线上版权所有 未经授权不得转载。合作请联系：service@geneonlineasia.com
