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南京大学医学院吴稚伟教授课题组发现应用外泌体递送宿主因子蛋白IFITM3可以抑制胎儿中寨卡病毒的感染

寨卡病毒(Zika virusZIKV)是黄病毒科中的一种病毒,它主要是通过蚊虫叮咬感染人类。通常寨卡病毒感染只会引起轻微的症状,如皮疹、结膜炎和短期发热然而,怀孕的母亲感染寨卡病毒后,病毒可以经宫内途径感染胎儿,并引起胎儿严重的中枢神经系统发育异常,导致小头畸形的出生缺陷。在过去二十年中,世界上至少爆发过三次寨卡病毒疫情。2015 年的最新一次疫情首先在巴西爆发,然后传播到 86个国家这次疫情仅在巴西就报道了四千七百余寨卡病毒感染引起的小头症病例。到目前为止,对寨卡病毒感染及其并发症尚无有效的治疗方法 。考虑到胎儿易受药物副作用的影响,开发安全的药物来治疗妊娠期寨卡病毒感染是一个巨大挑战。同时,由于在胎盘和胎儿组织中检测到寨卡病毒,抗病毒治疗药物需要通过胎盘屏障传递给胎儿并且治疗的安全性需要满足胎儿发育安全所需标准。 因此,这项研究中,南京大学吴稚伟教授课题组尝试用来自活细胞的外泌体等胞外囊泡作为载体,递送细胞固有的宿主抗病毒蛋白因子来控制胎儿中的寨卡病毒感染。

图1:研究系统工作图示

干扰素诱导的跨膜蛋白 3 (IFITM3)是一种内在的宿主因子,具有广谱的抗病毒活性,可以抑制种重要的病毒病原体的感染。IFITM3 在病毒复制的早期发挥抑制作用在黄病毒感染中,它可以通过阻止病毒与内/溶酶体膜融合来抑制病毒颗粒在胞内的侵入,从而抑制病毒感染另一方面,作为一种细胞固有的宿主因子,IFITM3在妊娠期的胎盘中也有高表达,它对于胎儿具有较好的安全性。因此,本研究中,吴稚伟课题组尝试使用合适的递送系统递送IFITM3到胎儿以治疗寨卡病毒的感染。考虑到胚胎的遗传安全性,本研究中研究者将选择直接递送蛋白质药物的策略,而不是递送表达目标蛋白的基因。

图2:细胞模型中外泌体导入IFITM3并抑制寨卡病毒感染

外泌体载体可以将IFITM3分子导入其细胞内固有位置(内体/溶酶体),并发挥抑制寨卡病毒复制的作用。而功能缺陷突变体的IFITM3分子(Delta59-68或Delta1-21)不能成功导入,也不能发挥抑制病毒的功能。这个结果证明了本研究中IFITM3抑制寨卡病毒感染的功能具有特异性。

外泌体是细胞来源的磷脂双分子层的纳米级囊泡直径40 nm- 150 nm外泌体等细胞囊泡由各种各样的活细胞分泌并且在细胞之间运输生物活性分子 生理过程中扮演重要角色。研究发现,外泌体参与免疫调节、肿瘤转移和其他生理过程之前的药物研究中,外泌体成功应用于递送小分子多肽和miRNA。然而,用外泌体递送具有复杂结构的大分子膜蛋白的尝试还很少。最近在登革病毒感染发现,外泌体可将 IFITM3 分子在细胞间传递,从而将其抗病毒作用从感染病毒的细胞传递到未感染的细胞 这一发现提示外泌体可以作为 IFITM3 治疗病毒感染的药物递送载体。

3:动物模型证明外泌体可以成功地跨越胎盘屏障递送大分子抗病毒蛋白到达胚胎

图4:动物模型证明外泌体递送的IFITM3可以成功抑制寨卡病毒感染并保护动物胚胎

本研究中,为确定胎儿-母亲外泌体的运输和递送大分子蛋白质药物效能,研究者设计了含有IFITM3 的外泌体(IFITM3-Exos),并通过怀孕小鼠的尾静脉将 IFITM3-Exos 注入,令其穿过胎盘,研究其对小鼠胎儿中寨卡病毒复制的抑制作用。结果发现,IFITM3-Exos 在细胞培养和怀孕小鼠模型中均可穿过胎盘传递 IFITM3 分子并有效抑制寨卡病毒感染。三倍治疗剂量的IFITM3-Exos亦未观察到试验动物上对母体或胚胎的毒副作用。因此,外泌体传递的 IFITM3 可能是一种治疗妊娠期寨卡病毒感染的潜在方法

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