药物化学和寄生虫学研究人员开发了一种识别利什曼原虫分子的创新策略

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国家科学研究所 - INRS

概要：

利什曼原虫是一种通过白蛉叮咬进入人体的微生物。寄生虫不是逃离免疫系统部署的白细胞来破坏它，而是让它自己被吞噬。通过这样做，利什曼原虫已经制定了延续其生命周期的理想战略，威胁着有可能在非洲，欧洲，亚洲和美洲跨越其道路的5亿多人的健康。

利什曼病是由寄生虫引起的疾病，长期以来一直受到科学家的关注，不仅因为努力寻找治疗方法，而且因为寄生虫是研究的理想模式。因此，研究人员已经通过包括INRS在内的疾病阐明了许多免疫机制。然而，对可负担得起的有效治疗的追求仍在继续。 INRS教授Albert Descoteaux和Steven LaPlante已经开发出一种新的，具有成本效益的策略，可以快速识别能够消除利什曼原虫的分子，这种疾病可以使受害者变形，失能或死亡，特别是在热带地区。

一种影响众多物种的疾病

“我一直在研究这种寄生虫已有30年了，而且还有很多我们不理解的东西，”寄生虫学家Albert Descoteaux说，他正在研究Leishmania的秘密，Leishmania是一个包含大约20种单细胞物种的属。据世界卫生组织称，除人类受害者外，该寄生虫还针对其他约70种哺乳动物。利什曼原虫通过搭乘微小的白蛉（Phlebotomine sandflies）搭乘，从寄主到另一个寄生虫，当它们咬伤时传播不需要的寄生虫。

根据最新估计，目前有1200万人受到一种利什曼病或另一种利什曼病的影响。有三种主要形式：皮肤，粘膜皮肤和内脏。 “这些是摧毁生命的疾病 - 当它们没有直接杀死时，”德戈特教授强调说，并补充说制药公司对开发治疗方法兴趣不大。 “对利什曼病等被忽视的热带病几乎没有什么商业兴趣，”他指出。 “它是世界上第二大寄生杀手，仅次于疟疾，但几十年来治疗方面并未取得实质性进展。目前尚无有效疫苗，现有治疗方法均存在严重缺陷，包括严重的副作用，高成本，以及在流行地区管理它们的问题。“他补充说：“不幸的是，就像许多其他药物的情况一样，寄生虫也在发展抵抗。这绝不是好消息。”

Albert Descoteaux，现任INRS-Institut Armand-Frappier中心，是目前从事利什曼病工作的五位INRS教授之一。他们努力更好地了解寄生虫与其寄主之间的基本相互作用，占加拿大该疾病研究活动的三分之一，其工作在世界范围内得到认可。

Steven LaPlante教授自2015年以来一直在INRS工作，专门研究药物。在他的同事Albert Descoteaux的帮助下，他开发了一个项目，以确定有望治疗利什曼病的新分子。他们的创新方法是希望找到一种更有效的工具，用于开发利什曼病药物，以及许多其他疾病。

寻找正确目标的挑战

Leishmania已经发展了数百万年的战术和分子机制，不止一个技巧。这就是为什么识别能够消除疾病的分子存在很多障碍的原因。一方面，像利什曼原虫这样的单细胞原生生物与哺乳动物细胞的共同点多于细菌和病毒。 “就像真菌，酵母和蠕虫一样，利什曼原虫是具有细胞核的复杂细胞，它们与人体细胞有相似之处，”该教授指出。 “但他们采取了不同的进化路径，因此我们需要识别和理解许多差异。”

其次，向寄生虫递送有用的分子是一项挑战。 “在它杀死利什曼原虫之前，药物必须克服各种障碍，”LaPlante解释道，“它必须穿透受感染的细胞而不会杀死它或者毒性太大。然后它必须到达并进入原生生物体去做我们只是说在找到合适的分子之前，有很多分子需要测试！“

测试大量分子正是大多数研究人员在药物发现过程中使用的方法，但需要大量资源。不幸的是，在与利什曼病的斗争中，为这种工作提供资金的经济激励很少。然而，鉴于全世界普遍存在这种疾病，有许多呼吁采取紧急行动寻找新的治疗方法。

一种有希望的新方法

这是两位INRS研究人员联合起来的背景，借鉴了他们在生物学（Albert Descoteaux）和药物化学（Steven LaPlante）方面的综合专业知识。 LaPlante可以使用一个特殊的小分子文库，从中选择了1,604个分子，这些分子最有可能在巨噬细胞中到达利什曼原虫，并阻止它完成其生命周期。与制药公司维持的分子库（可容纳多达200万个分子）相比，他的库代表了一个非常适中的数字，但具有特殊属性，使其易于在大学研究实验室的范围内进行管理。

“我们将我们的方法称为基于片段的表型导联发现，或称为FPLD，”LaPlante教授说。 “这是经过试验和测试的方法的组合，以前没有适应利什曼病。我们首先将非常小的分子给予培养的细胞，然后观察对感染的影响。”

在药物化学中，需要几个阶段来开发具有多种特征的药物。用于对抗感染的理想分子应该对人类无毒，易于施用，能够接触传染物，生产成本低，并且显然有效对抗所讨论的病原体。

与设计任何日常物品时的情况一样，选择药物的不同组分来执行不同的工作。所讨论的组分是分子片段。两位INRS教授的目标是确定其中哪一项可以阻止利什曼尼亚的发展。这个想法是，有效的片段可以与服务于各种目的的其他成分组合 - 稳定性，递送，吸收等 - 以提高疗效并最终获得可行的药物。

“我们非常幸运能够依赖我们的合作伙伴NMX研究和解决方案公司以及总经理FrançoisBilodeau，他们捐赠了我们研究所需的所有分子。这是一项巨大的贡献，”LaPlante教授指出。 NMX在INRS企业孵化器中设计了分子碎片，这是年轻初创公司的基础。

一份艰苦的工作

最近发表在这个项目上的研究的第一作者Yann Ayotte系统地 - 并且非常耐心地 - 在显微镜下观察了用这些片段处理的培养物，计算感染细胞中寄生虫的数量以便比较它们。目前正在LaPlante教授实验室继续研究的博士生，在本科学位结束时首次加入该项目，成为Albert Descoteaux实验室的实习生。这两位教授很快就赞扬他对工作的杰出贡献。

经过大量实验后，对少量分子的高度靶向筛选使团队能够鉴定出两种对利什曼原虫具有高效的分子家族：吲哚和吲唑衍生物。与其他筛选技术相比，十几种分子显示出良好的潜力，非常高的数量。

地平线上有新药吗？ “目前，我们仍然处于这个过程的最开始阶段，”德戈特教授说。 “你不能跳过任何步骤！” LaPlante补充道。首先，了解为什么分子具有利什曼原虫效应是必不可少的，这项任务将使得德高索教授在一段时间内保持忙碌。与此同时，活性分子可以改进并与其他附属物“打扮”，以满足有效治疗的所有标准 - 这是LaPlante教授及其团队的一项工作。

对于Steven LaPlante来说，迄今为止该项目最成功的方面是表明大学实验室可以帮助确定潜在的新治疗途径。药物研究并未涵盖所有疾病或干预类型，从这个角度来看，学术界也可以发挥重要作用。

由欧洲化学学会的合作伙伴ChemPubSoc Europe出版的ChemMedChem期刊对该团队的工作给予了足够的热情，并将其评为“非常重要的论文”，并将其置于其出现的问题的封面上。

INRS确定的分子作用模式的研究结果如何？ “对利什曼原虫的研究揭开了我们无法以任何其他方式观察到的免疫系统的几种特性的面纱，”德戈特教授表示。 “每当有新的探索途径时，我们就会增加对免疫系统和这种寄生虫生物学的了解。即使新药还有很长的路要走，这些分子也会帮助我们理解疾病，这将使我们忙碌多年。”