Nature:阻断坏死性凋亡可防止重症流感相关肺损伤

文摘   2024-07-11 12:24   上海  
季节性流感病毒,主要包括甲流IAV(Influenza A virus)和乙流IBV(Influenza B virus)两大类,可引发人类轻度至重度呼吸道感染,是全球主要的公共卫生问题之一。根据世界卫生组织的数据,全球每年季节性流感导致约300-500万严重病例和29-65万死亡病例。

季节性流感病毒,主要包括甲流IAV(Influenza A virus) 和乙流IBV(Influenza B virus) 两大类,可在人类中引起轻度至重度呼吸道感染,是全球主要的公共卫生问题之一。据世界卫生组织的统计,全球每年季节性流感约导致300-500万严重病例和29-65万死亡病例。


以甲流为例,严重的IAV感染,能导致机体过度炎症、肺损伤和急性呼吸窘迫综合征等呼吸性疾病,目前认为,作为一种防御机制,流感颗粒的存在会激活一种程序性细胞死亡细胞凋亡,这个过程会有意剔除特定细胞以限制病毒扩散,这是通过激活RIPK3酶而实现的。不过,这种酶在感染期间能激活另一条密切相关的通路,这条通路激活后会导致一种不受控的细胞死亡方式坏死性凋亡,并加剧流感病毒导致的炎症和致命性。


RIPK3抑制剂是一个热门的药物靶点,但之前一直未能找到只阻断一条通路但不阻断另一条通路的稳定候选药物。


如何找对药物靶点?


近期,来自Fox Chase癌症中心、塔夫茨大学医学院、圣裘德儿童研究医院、休斯敦大学的一项联合研究,发现一种新型候选药物UH15-38(强效RIPK3抑制剂),能在小鼠研究模型中减轻与甲型流感病毒感染相关的肺损伤,并提高其生存率。这款创新药物有望预防致命肺炎、逆转重症。




科研团队在研究中应用DSI Buxco 平台的RC气道阻力与肺顺应性检测系统,检测和比对各麻醉小鼠研究模型的肺功能相关参数变化,结合药理特性、单细胞RNA测序分析、动脉氧饱和度等实验结果,发现新型候选药物UH15-38有望缓解一系列炎症症状,并带来炎症疾病相关通路的新见解。




实验结果:


1. UH15-38是一种强效RIPK3激酶抑制剂

研究发现,缺乏坏死性凋亡的小鼠在严重流感感染后有更高的存活率,可见坏死性凋亡不仅不是小鼠存活或病毒清除所必需的,而且实际上在IAV致死剂量下对生存是有害的(图1b)。接下来作者根据先前的研究合成了40多个化合物(RIPK3抑制剂),最终发现UH15-38(图1c)在原小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)中阻断了TNF诱导的坏死性凋亡(图1d-f)。值得注意的是,分子对接结果显示UH15-38正是其对酚基的甲基化,导致RIPK3的活性丧失(图1g-i)。此外,作者还进一步全面验证UH15-38具有适合安全有效的体内应用的药理特性。




2. UH15-38阻断了IAV激活的坏死性凋亡
作者通过单细胞RNA测序分析,确定了I型肺泡上皮细胞(ACEs)作为小鼠肺中IAV的主要复制位点(图2a-c)。图2d-e结果显示感染IAV后,I型AECs具有完整的ZBP1依赖性的细胞死亡机制,包括坏死和凋亡。此外,作者验证UH15-38对IAV诱导的坏死具有高度选择性的抑制作用,对caspase介导的凋亡没有抑制作用(图2f-h)。值得特别关注的是,UH15-38在体外感染IAV的人类供体肺组织中完全抑制了MLKL的磷酸化,表明UH15-38是小鼠和人类细胞中IAV诱导的坏死的强效而特异的抑制剂(图2i-l)。

3. UH15-38可防止IAV驱动的死亡
作者发现UH15-38对IAV诱导的死亡的最大保护效果为30mg/kg剂量(图3a)。在IAV(4,500×EID50符合临床的剂量)感染时,低至1mg/kg的UH15-38仍能完全预防感染(图3c)。UH15-38还能够完全预防又H1N1 A/California/04/2009流感病毒株引发的致死(图3d),表明其对季节性和大流行流感病毒株的治疗效益。即使在感染后5天内给予UH15-38,它也能够起到保护作用(图3e),比一线抗病毒药物奥司他韦更具有优势。

4. UH15-38抑制IAV诱导的肺损伤
接下来作者检验30mg/kg的UH15-38是否能够在体内阻断坏死和肺损伤来预防IAV诱导的死亡,结果显示UH15-38处理后小鼠pMLKL的数量显著减少(图4a-b)。此外,UH15-38可以显著降低关键炎性因子和中性粒细胞趋化因子水平(图4c-e)。接受UH15-38治疗的小鼠肺部弥漫性肺泡损伤、透明膜形成显著减少,支气管脱层和肺纤维化也显著被抑制(图4f-g),动脉氧饱和度水平保持相对正常的肺功能(图4h)。综上所述,UH15-38可以显著降低IAV病毒引发的肺损伤程度。


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结论:

研究团队通过小鼠实验确定了有望减少并推迟疾病引发的减重的理想剂量,这些小鼠到感染后三周时已完全康复。经过UH15-38治疗的小鼠炎症标志物和坏死性凋亡肺细胞更少,说明对这一通路的选择性阻断有益于预防与流感病毒感染相关的过度炎症和肺损伤。值得注意的是,UH15-38被证明在感染后5天内使用都有效,说明即使在病毒复制高峰期也能看到阻断这种炎症的积极效应。

综上,实验结果表明,UH15-38在小鼠中有望显著预防流感病毒导致的严重炎症和疾病。此外,UH15-38选择性抑制RIPK3(对坏死性凋亡的发展至关重要)的成功显示出它缓解一系列炎症症状的前景。

上述科研成果的原文“Necroptosis blockade prevents lung injury in severe influenza”于2024年4月刊登于享誉全球科学界的顶级综合性科学期刊《Nature》- 近期影响因子得分为50.5,欢迎参考和借鉴:
  • https://www.nature.com/articles/s41586-024-07265-8


科研团队在上述研究中应用的DSI RC 系统,即气道阻力与肺顺应性检测系统,是DSI Buxco 平台的麻醉动物检测系统之一,主要用于检测麻醉实验动物的气道阻力、动态与静态肺顺应性等肺力学相关参数。



RC系统通过直接测量麻醉实验动物的肺通气量、肺内压,衍算得到气道阻力Rl、动态肺顺应性Cdyn与静态顺应性等参数,配套FinePointe软件系统,可实时监测、实时显示、实时分析。

  • 集成雾化给药系统、智能化控制呼吸机,可实现深呼吸、屏住呼吸以及呼吸末正压PEEP等模式。可附加心率和血压监测等功能。

  • 一键式全自动校准,避免了人工日常校准的繁琐工作及不确定性。可加热温床以维持麻醉动物体温,从而获得更精准的实验数据。

  • 支持颈部气管插管与食管插管等方式,适合长期纵向研究。


主要参数:呼吸频率、潮气量、分钟通气量、气道阻力、动态肺顺应性、肺部压力变化、每次呼吸最大压力变化、吸气流速峰值、呼气流速峰值、吸气时间、呼气时间等。


适用种属:小鼠、大鼠、豚鼠等。







除了RC系统,DSI Buxco平台还包括PFT肺功能检测系统、NAM无创双腔检测系统、WBP全身体积描记检测系统,以及Inhalation Tower实验动物口鼻精准暴露塔系统和EVT通用型吸烟机等等,适用于呼吸系统与肺功能、吸入毒理学、环境毒理、疾病研究模型、以及新药研发等多学科领域相关研究与应用。


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DSI Buxco专家团队,与全球科学家有着50年以上的合作经验,致力于持续研发、优化前沿技术,从吸入暴露染毒,到呼吸与肺功能系统研究,集精准暴露与呼吸和肺功能检测功能于一体,为您提供多种一站式优质解决方案与技术支撑。


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  • https://www.datasci.com/products/buxco-respiratory-products

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