Nat Commun | 趙金存教授團隊揭示靶向宿主激酶重塑細胞骨架的廣譜抗冠狀病毒機制

蛋白激酶及其介導的磷酸化修飾是生命活動的“分子開關”，也是現代藥物開發的核心靶點之一。然而，在多種人冠狀病毒（如SARS-CoV-2、MERS-CoV等）感染中，是否存在保守的宿主激酶調控機制，迄今仍待系統闡明。近日，廣州醫科大學趙金存教授團隊在《Nature Communications》上在線發表題為“MELK inhibition disrupts actin cytoskeleton and broadly restricts human coronavirus infections”的研究長文。該研究首次揭示了靶向宿主母體胚胎亮氨酸拉鏈激酶（MELK）通過重塑宿主肌動蛋白骨架，廣譜限制人冠狀病毒感染的新機制。這為廣譜抗病毒藥物的研發開辟了新路徑。

為了探尋冠狀病毒感染的共性宿主激酶，該研究整合了全局磷酸化蛋白質組學與高內涵激酶抑制劑篩選技術。組學分析表明，在受到SARS-CoV-2、HCoV-OC43和HCoV-229E三種冠狀病毒感染后，宿主細胞內MELK的活性呈現出高度保守的抑制狀態。同時，包含1805種化合物的激酶抑制劑庫篩選結果顯示，MELK抑制劑OTSSP167也能高效阻斷上述三種病毒的感染。兩種鑒定策略的結果相互印證，提示MELK是調控多種人類冠狀病毒感染的共性蛋白激酶。

圖一MELK是調控人冠狀病毒感染的共性蛋白激酶

基于上述發現，研究團隊在細胞、人氣道類器官及小鼠等多維度感染模型中對靶向MELK的廣譜抗病毒潛力進行了系統評估。結果顯示，在細胞、人氣道類器官感染模型中，靶向MELK顯著抑制了六種人冠狀病毒（SARS-CoV-2、HCoV-OC43、HCoV-229E、MERS-CoV、HCoV-NL63及HCoV-HKU1）的病毒復制。在SARS-CoV-2及HCoV-OC43小鼠感染模型中，MELK抑制劑OTSSP167表現出顯著的抗病毒與組織保護作用，且藥代動力學實驗顯示其小鼠滴鼻給藥生物利用度高達97%。

靶向MELK究竟如何發揮抗病毒功能？超分辨顯微成像（STED）揭示，MELK與細胞內的肌動蛋白細胞骨架存在明顯共定位。活細胞成像顯示，抑制MELK誘導肌動蛋白微絲（F-actin）解聚，其長度和熒光強度均發生顯著降低。

圖二抑制MELK誘導肌動蛋白微絲解聚

體外激酶生化實驗及質譜鑒定進一步表明，MELK能夠直接結合并磷酸化關鍵的肌動蛋白解聚蛋白——絲切蛋白-1（Cofilin-1）。值得注意的是，該研究不僅驗證了已知的Ser3位點，還首次鑒定Thr70為Cofilin-1的核心磷酸化位點。在生理狀態下，MELK直接磷酸化Cofilin-1，從而抑制其對肌動蛋白絲的切割活性。而當MELK被靶向抑制后，Cofilin-1的特異性磷酸化水平顯著降低，從而被重新激活并展現出對F-actin的切割活性。

圖三MELK直接磷酸化cofilin-1并抑制其活性

抑制MELK引起肌動蛋白細胞骨架解聚，阻斷病毒生命周期的多個階段。在早期進入階段，雖然病毒顆粒能夠正常附著在細胞表面，但其向胞內的“內化（Internalization）”過程被顯著抑制。內吞動力學實驗表明，抑制MELK顯著延長網格蛋白包被小窩（CCPs）的生命周期，從而阻滯網格蛋白依賴的內吞作用。同時，肌動蛋白微絲解聚也會干擾刺突蛋白（Spike）介導的細胞膜融合過程。此外，抑制MELK導致的肌動蛋白骨架解聚及氣道類器官微絨毛（Microvilli）數量銳減，同樣會阻礙子代病毒顆粒的組裝與釋放。

圖四機制示意圖

綜上所述，這項研究首次系統性揭示多種人冠狀病毒的感染廣泛依賴于宿主激酶MELK，該激酶通過磷酸化絲切蛋白Cofilin-1來維持肌動蛋白細胞骨架的穩定。因此，基于此機制，MELK抑制劑OTSSP167作為一種新型的調控肌動蛋白骨架的小分子化合物，可對多種不同的冠狀病毒展現顯著的廣譜抗病毒活性。

廣州醫科大學趙金存教授、肇靜嫻教授、中國科學院上海藥物研究所酒亞明教授為共同通訊作者。廣州醫科大學余快副研究員、博士研究生姚巧睿、廣州醫科大學-中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院聯合生命科學學院王東博士、胡慶濤副教授、碩士研究生李丹丹為共同第一作者。本研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金等多個項目的資助和支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72615-1

本期編輯：小黃