由严重急性呼吸综合征冠状病毒-2（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行已经对人类的生命健康和社会的经济发展造成了巨大威胁，迫切需要开发有效的病毒防治策略以应对这空前的灾难。自新冠病毒大流行爆发以来，我院刘震教授迅速组织研究团队并联合校外优势单位协同攻关，积极探索和发展抑制新冠病毒的新型抑制剂，已经发展出两种新型的核酸适配体病毒抑制剂。

根据病毒及癌细胞表面蛋白的糖基化修饰高甘露糖表达量较高这一特征，课题组率先筛选出能结合高甘露糖聚糖的核酸适配体，并在此基础上加工合成多价结合高甘露糖聚糖的树突状适配体（PAP）和四面体结构（AP-TDN）（图1），这些多价核酸制剂对病毒和癌细胞展现出了良好的靶向识别能力以及一定的对病毒的广谱抑制能力。由于新冠病毒快速变异并展现出极强的免疫逃逸能力，广谱的病毒抑制剂具有非常重要的价值，以上能结合高甘露糖聚糖的核酸适配体为进一步研发高效的广谱抑制剂奠定了重要的物质基础。该工作以Research article的形式发表于中国化学会的旗舰刊物CCS Chemistry。南京大学已毕业博士生李薇为论文的第一作者，刘震教授为该论文的通讯作者，南京大学医学院吴喜林副研究员和江苏省农科院李彬研究员提供了技术支持。 

图1.用于病毒抑制和癌细胞靶的向高甘露糖特异性适配体的筛选、加工及作用原理示意图

另一方面，基于病毒表面广泛存在的刺突蛋白（S蛋白），课题组开发了与之拓扑结构相匹配的DNA纳米皇冠以应对发生持续变异的新冠病毒株。S蛋白N端结构域（NTD）是除RBD之外另一重要的抗原表位，靶向该结构域的抗体通过影响S蛋白的“融合前到融合后构象转变”来抑制膜融合过程，从而阻断病毒的侵染。这些有效的中和抗体大都靶向NTD的一个公共区域：NTD超位点（NTD supersite）。许多联合RBD和NTD中和抗体的治疗方法可以有效地应对新出现的病毒变异株。因此，开发靶向NTD结构域的制剂具有重要意义。此外，NTD结构域在S蛋白上的空间分布较为固定，始终位于S蛋白三聚体的最外围，并组成了等边三角形的三个顶点，基于此而设计的DNA纳米框架可以将S蛋白锁定在最稳定的关闭构象并阻断与受体ACE2的相互作用，从根本上抑制了病毒的侵染。首先筛选得到了靶向NTD 超位点的核酸适配体，并在此基础上加工开发了一种与S蛋白三聚体拓扑结构相匹配的DNA纳米皇冠。在假病毒和真病毒层面考察了多价纳米皇冠的病毒中和能力，所得的多价制剂对野生株和多个重要变异株均展现了高效的抑制作用。该适配体筛选方法与DNA纳米皇冠的构建可以快速拓展到未来新出现的变异株以及其他致命性病毒株，可以作为一种通用型抗病毒平台，因此具有广阔的应用前景。该工作近日发表于CCS Chemistry，南京大学2019级直博士生陈静然为论文的第一作者，南京大学副研究员许舒欣博士、军事医学科学院叶青博士和迟航博士为共同第一作者，刘震教授为通讯作者，军事医学科学院微生物与流行病学研究所秦成峰教授与江苏省农科院兽医所李彬研究员等为共同作者，为该工作提供了重要技术支持。

图2.与S蛋白拓扑结构相匹配的四面体DNA纳米皇冠用于新冠病毒抑制的示意图

论文相关信息：

1.    Wei Li, Shuxin Xu, Ying Li, Jingran Chen, Yanyan Ma, Zhen Liu. High Mannose-Specific Aptamers for Broad-Spectrum Virus Inhibition and Cancer Targeting. CCS Chemistry, 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202101747. https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.022.202101747

2.    Jingran Chen, Shuxin Xu, Qing Ye, Hang Chi, Ying Li, Mei Wu, Baochao Fan, Zhanchen Guo, Cheng-Feng Qin, Bin Li, Zhen Liu. A topology-matching spike protein-capping tetrahedral DNA nanocrown for SARS-CoV-2 neutralization. CCS Chemistry, 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201945. https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.022.202201945