基于糖芯片技术的抗甲型流感病毒海洋糖类化合物的筛选及其作用机制研究

The blocking of neuraminidase (NA) and hemagglutinin (HA) on influenza A virus(IAV) is important for potential drugs development, since NA and HA paly crucial roles in IAV infection and transmission processes by binding to sialic acid (SA). Marine carbohydrates, especially acidic carbohydrates, are attracting much attention in anti-flu drugs development, for they contain residues with similar property to SA and exhibit potential properties of HA and NA binding properties. In the current project, carbohydrate microarrays combined with array imaging are used to establish an accurate and sensitive strategy for marine carbohydrate-based anti-flu drugs discovery at molecular level. Based on this strategy, the binding ability of diverse marine carbohydrates with different subtypes of NA and HA will be investigated. The binding affinities will also be evaluated using Langmuir isotherms fitting and molecular docking in order to obtain their structure-bioactivity relationships. In further, the anti-flu activity of target carbohydrates at the cell level will be evaluate in order to clarify their mechanism. We hope to lay a foundation for anti-flu drugs development.

甲型流感病毒表面的神经氨酸酶（NA）和血凝素（HA）通过与寄主细胞的唾液酸作用参与病毒感染与传播过程，对其进行有效阻断是开发抗甲型流感病毒新药的重点。海洋糖类化合物特别是酸性糖类化合物具有与唾液酸相似的性质，尤其具有与NA和HA良好的结合特性，为开发新型抗甲型流感病毒药物提供了广阔的前景。本课题在前期工作的基础上，拟基于糖芯片技术，结合荧光阵列成像等手段，在分子水平建立准确、高灵敏、高通量的抗甲型流感病毒糖类化合物筛选体系，采用所构建的体系获得系列海洋糖类化合物与不同分型甲型流感病毒NA和HA的特异性识别信息，并结合Langmuir等温模型和分子对接技术，评价其亲和力，明确结构与活性的关系，进一步在细胞水平上评价目标糖类化合物的抗甲型流感病毒活性，并阐明其作用机制，为抗甲型流感病毒新药的研发奠定基础。

本项目建立了基于聚甲基丙烯酸（pMAA）表面修饰的糖芯片制备方法，采用表面引发原子转移自由基聚合反应在基底表面修饰pMAA聚合物骨架，pMAA骨架上的羧基经活化后与特定位点具有氨基修饰的糖分子反应从而实现了糖类化合物在表面上的共价固定。所得的糖芯片具有稳定性好、成本低廉、灵敏度高、通用性好等特点，可用于研究糖类化合物与病毒表面蛋白特异性相互作用，这进一步完善了基于糖芯片技术的抗病毒海洋糖类药物筛选体系。基于已建立的糖芯片技术体系制备了系列海洋糖芯片，评价了系列海洋糖类化合物与甲型流感病毒表面神经氨酸酶（NA）和血凝毒（HA）以及新型冠状病毒表面刺突蛋白的特异性识别，获得了具有潜在抗甲型流感病毒活性和潜在抗新型冠状病毒活性的海洋糖类化合物,探讨了构效关系和作用机制。采用表面等离子体共振技术评价了目标海洋糖类化合物与NA和HA的作用亲和力，最后在细胞水平评价了其抗甲型流感病毒活性，获得了4种具有抗甲型流感病毒活性的糖类化合物，为抗甲型流感病毒海洋糖类新药的开发提供了物质基础。