2024年2月20日，成都中医药大学陈士林院士团队，北京化工大学童贻刚教授团队及合作者在Nature Communications 杂志上发表了题为“Cepharanthine analogs mining and genomes of Stephania accelerate anti-coronavirus drug discovery”的研究性论文，成都中医药大学冷梁副教授为该文章第一作者。通过对千金藤属三种植物的基因组高质量组装、千金藤属植物中苄基异喹啉生物碱的生物合成途径推测、千金藤素等苄基异喹啉生物碱的广谱抗冠状病毒活性解析，系统研究了千金藤素天然生物合成途径中系列代谢产物的广谱抗冠状病毒活性，为加速广谱抗冠状病毒药物开发提供了坚实基础。
由SARS-CoV-1（在2002年11月至2003年7月期间SARS-CoV感染病例全球总计8098例，病死率约为9.6%）、MERS-CoV（2015年至2022年5月，全球MERS-CoV感染病例总计2591例，相关死亡病例总计894例，病死率高达34.5%）和SARS-CoV-2导致的三次冠状病毒疫情给人类社会造成了难以估量的影响。随着交通工具更加高效便捷、人类与野生动物接触更加频繁，未来还可能会出现新的导致人类严重疾病的冠状病毒疫情，开发广谱抗冠状病毒药物意义重大。自2020年3月北京化工大学童贻刚团队首次发现千金藤素具有抗新冠病毒活性以来，千金藤素等苄基异喹啉生物碱的抗冠状病毒机制解析、千金藤属植物的全基因组高质量组装、苄基异喹啉生物碱在千金藤属植物中的生物合成途径解析一直受到广泛关注。
云南地不容（左）和地不容（右）的块茎照片（Credit: Nature Communications）
千金藤素被国内外广泛报道具有抗新冠病毒活性[1-5]，其在地不容（Stephania epigaea Lo）、金线吊乌龟（Stephania cepharantha Hayata）及云南地不容（Stephania yunnanensis H.S.Lo）等千金藤属植物的块根中含量较高（图一）。研究者采用本草基因组学的研究方法对其展开了一系列研究。该研究采集了千金藤属十余个物种的样本，并挑选了千金藤（Stephania japonica）、云南地不容（Stephania yunnanensis）及金线钓乌龟（Stephania cepharantha）三个物种进行了全基因组测序及组装（图二）。通过综合Nanopore超长（ultralong）测序、Pacbio高可信度（HiFi）测序、高通量染色质构象捕捉（Hi-throughput chromatin conformation capture， HiC）测序等多种测序手段，成功获得了上述三个物种的高质量基因组，其中Stephania japonica的组装结果中所有的端粒（telomere）均被解析，且全基因组只剩一个空缺（gap），非常接近完整的端到端组装（Telomere-to-telomere, T2T）结果。
千金藤属三个物种基因组的高质量组装结果（Credit: Nature Communications）
基于此高质量基因组组装结果，研究者通过代谢组学手段确定了一系列千金藤素上下游代谢产物（图三），并据此推测了千金藤素潜在的生物合成途径。通过对其生物合成途径中23种化合物抗广西穿山甲冠状病毒（Guangxi pangolin-CoV, GX_P2V）[6]，新冠病毒样颗粒（SARS-CoV-2 virus-like particles，SARS-CoV-2 trVLPs）[7]，新冠病毒假病毒（SARS-CoV-2 pseudotyped virus）[8] 以及新冠病毒活病毒（SARS-CoV-2 live virus）等活性评估，发现八种双苄基异喹啉抗新冠病毒活性显著。进一步分析了这八种化合物的广谱抗冠状病毒活性，发现其对非典病毒假病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) pseudotyped virus）、中东呼吸综合征病毒假病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) pseudotyped virus）、猪流行性腹泻病毒（porcine epidemic diarrhea virus，PEDV）和猪急性腹泻综合症冠状病毒（swine acute diarrhea syndrome coronavirus均表现出强烈的抑制活性。
系列千金藤素结构类似物的抗新冠病毒活性（Credit: Nature Communications）
整体来看，该研究通过整合基因组、代谢组等组学研究手段与抗冠状病毒活性研究，系统的揭示了千金藤素及其代谢产物的广谱抗冠状病毒能力。该研究中获得的千金藤属植物高质量基因组及代谢组亦为千金藤素等苄基异喹啉生物碱今后的生物智造提供了科学基础，为未来可能出现的冠状病毒疫情提供了潜在的治疗药物。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45690-5
