连翘叶化合物对COVID-19/变异株几种关键蛋白生物活性的干扰作用:计算机模拟与体外分析

Interfering effects on the bioactivities of several key proteins of COVID-19/variants in diabetes by compounds from Lianqiao leaves: In silico and in vitro analyses.

作者信息Yishan Fu, Fei Pan, Lei Zhao, Shuai Zhao, Junjie Yi, Shengbao Cai
PMID35346677
发布时间2022-05-15
DOI10.1016/j.ijbiomac.2022.03.145

实验完整度

包含分子对接与动力学模拟、BLI结合实验、细胞功能实验(ROS、NO、TEER)等独立证据层级,且有体外实验和机制验证。

主要模型

EA.hy926细胞(人脐静脉内皮细胞系) SARS-CoV-2-RBD-hACE2复合物模型 SARS-CoV-2变异株(Alpha、Beta、Delta)RBD模型

重点核对

连翘酯苷A在20 μM浓度下与SARS-CoV-2-RBD结合,且有效抑制ROS和恢复NO/TEER 用500 mM果糖与BSA孵育60天制备AGEs,使用浓度800 μg/mL EA.hy926细胞培养于含10% FBS的DMEM,37°C、5% CO2 分子动力学模拟采用100 ns,310.15 K、1 Bar,TIP3P水模型 分子对接重复3次,结果以平均值±SD表示

摘要

糖尿病被认为是与COVID-19最相关的疾病之一。本研究通过体外和计算机模拟分析,阐明了连翘(Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl)叶中几种化合物对COVID-19及其变异株若干关键蛋白生物活性以及糖尿病内皮功能障碍的干扰作用和潜在机制。结果表明,在该叶片的主要成分中,连翘酯苷A与SARS-CoV-2-RBD-hACE2及其变异株(Alpha(B.1.1.7)、Beta(B.1.351)和Delta(B.1.617))的蛋白、神经纤毛蛋白-1(NRP1)以及SARS-CoV-2主蛋白酶(MPro)表现出最强的对接亲和力,从而干扰冠状病毒进入人体。此外,连翘酯苷A在Delta(B.1.617)系统中与受体的结合最为稳定。它还具有较好的抗病毒活性和药物特性,并且与COVID-19的RBD结构域结合力最强。此外,连翘酯苷A减少了AGEs诱导的EA.hy926细胞中ROS的产生,维持了内皮完整性,并与profilin-1(PFN1)受体紧密结合。这项工作可能为进一步了解连翘叶中的化合物,尤其是连翘酯苷A,在糖尿病中对COVID-19/变异株关键蛋白生物活性的干扰作用和潜在机制提供有用的知识。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
连翘叶中的主要化合物(尤其是连翘酯苷A)如何干扰COVID-19及其变异株关键蛋白的生物活性,并保护糖尿病相关的血管内皮功能障碍?
核心机制
连翘酯苷A通过多靶点结合SARS-CoV-2-RBD-hACE2及其变异株、NRP1和MPro,可能阻断病毒入侵;同时通过结合PFN1并抑制AGEs诱导的ROS,维持内皮细胞屏障功能。
主要证据
分子对接显示连翘酯苷A与各靶蛋白亲和力最高(如与Delta为-10.2 kcal/mol),100 ns分子动力学表明复合物稳定;BLI实验证实20 μM连翘酯苷A可与RBD结合;细胞实验显示连翘酯苷A(20 μM)显著抑制ROS、恢复NO和TEER值。
研究意义
该研究为理解连翘叶化合物(尤其连翘酯苷A)在糖尿病条件下干扰COVID-19关键蛋白生物活性提供了新知识,可能有助于糖尿病合并COVID-19患者的防治。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

分子对接筛选化合物与靶蛋白的结合能力

评估连翘叶中主要化合物与COVID-19关键蛋白(RBD、NRP1、MPro)及变异株的结合亲和力

使用AutoDock Vina对连翘酯苷A、连翘酯苷E、绿原酸、连翘苷及阳性对照药进行分子对接,分析氢键和疏水相互作用。

2

分子动力学模拟验证结合稳定性

验证连翘酯苷A与各受体复合物在模拟时间内的稳定性

使用GROMACS进行100 ns分子动力学模拟,计算RMSD、Rg和SASA,并绘制自由能景观。

3

预测抗SARS-CoV-2活性和ADMET特性

评估连翘酯苷A、连翘酯苷E和绿原酸的抗病毒活性及药物特性

使用REDIAL-2020机器学习平台预测抗病毒活性,用admetSAR、ADMET-pkCSM和SwissADME预测ADMET。

4

生物层干涉法验证化合物与RBD的结合

验证连翘酯苷A等化合物是否能与SARS-CoV-2的RBD域结合,从而干扰其与ACE2的相互作用

通过Octet非标记相互作用仪,检测SARS-CoV-2 Spike蛋白(RBD)与人ACE2及化合物的结合动力学。

5

AGEs诱导内皮细胞模型评估化合物保护作用

评估连翘叶化合物对AGEs诱导的EA.hy926细胞损伤的保护作用

制备AGEs(果糖-BSA),处理EA.hy926细胞,检测ROS产生、NO水平和TEER值。

6

分子对接评估化合物与PFN1结合

探究化合物保护内皮功能的潜在机制(是否通过结合PFN1)

对连翘酯苷A、连翘酯苷E、绿原酸和羟氯喹与PFN1(PDB: 3NUL)进行分子对接。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Solarbio--
0.25%胰酶-EDTA溶液Solarbio--
牛血清白蛋白Biorigin--
NO检测试剂盒BeyotimeS0021S
SARS-CoV-2刺突蛋白(RBD,His标签)Sino Biological40592-V08H
人ACE2蛋白(Fc标签)Sino Biological10108-H05H
连翘酯苷AChengdu Must Biotechnology--
连翘酯苷EChengdu Must Biotechnology--
绿原酸Chengdu Must Biotechnology--
羟氯喹Chengdu Must Biotechnology--
磷酸盐缓冲液(PBS)----
10 kD透析袋----
SpectraMax M5酶标仪Molecular Device--
Guava easy Cyte 6-2L流式细胞仪Millipore--
Millicell-ERS-2电压表Millipore--
AutoDock Vina----
GROMACS 2019.5软件包----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
分子对接
受体结构(PDB ID: 6VW1, 2AJF, 6LU7, 6FMC, 变异株)、配体(连翘酯苷A等)、对接软件参数
阅读提示:Materials and methods 2.3 Molecular docking analysis
分子动力学模拟
模拟时间(100 ns)、温度、压力、力场、水模型、盐浓度
阅读提示:Materials and methods 2.4 Molecular dynamics analysis
BLI实验
蛋白浓度(RBD 50 μg/mL)、化合物浓度(20 μM)、结合解离时间、缓冲液组成
阅读提示:Materials and methods 2.7 Biolayer interferometry
AGEs制备
BSA浓度(30 mg/mL)、果糖浓度(500 mM)、孵育时间(60天)、透析条件
阅读提示:Materials and methods 2.8 Preparation of AGEs
细胞实验
EA.hy926细胞来源、培养条件(10% FBS DMEM)、处理浓度(AGEs 800 μg/mL, 化合物20 μM)、处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and methods 2.9-2.11
统计
统计方法(one-way ANOVA, Tukey's test)、显著性水平(p < 0.05)、重复次数(至少2次)
阅读提示:Materials and methods 2.12 Statistical analysis