植物精油抗病毒研究概况

张 瑜，何华名，何聪芬

(北京工商大学 北京市植物资源研究开发重点实验室，北京 100048)

病毒性疾病通常具有高度的传染性和致病性(如宫颈癌肿瘤等)，发病率和死亡率极高[1]。尽管人类在预防和控制病毒性疾病方面已取得了很大成就，但近些年中东呼吸综合征冠状病毒(Middle east respiratory syndrome, MERS)[2]、禽流感病毒(Avian influenza A, H7N9)[3]、埃博拉病毒(Ebola virus disease, EVD)[4]、寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)[5]和2019新型冠状病毒(2019 novel corona virus , 2019-nCoV)[6]等引发的一系列疫情表明，病毒仍对全球公共卫生构成严重威胁。

目前，疫苗预防作为临床对抗病毒性疾病最为普遍且行之有效的手段之一，在提高人体免疫力的同时无形中加快了病毒的变异速度，使得疫苗的研发速度远远跟不上病毒的变异速度，导致病毒的预防愈加困难。另一方面，临床上使用的抗病毒药物通常会产生耐药性、依赖性、副作用等，而且病毒性疾病的潜伏期在一定程度上也限制了现有抗病毒药物的治疗效果，所以寻找天然、毒副作用小的潜在的抗病毒药物或先导化合物成为大势所趋。

植物精油(Plant essential oil, PEO)是成分众多、结构复杂的一类天然混合物，是天然中草药中重要的活性成分，许多PEO被美国食品和药物管理局(FDA)归类为一般公认安全物质(Generally regarded as safe, GRAS)。另外，已有研究报道PEO和其中单体化合物在体内外对单纯疱疹病毒1型(Herpes simplex virus type 1, HSV-1)、单纯疱疹病毒2型(Herpes simplex virus type 2, HSV-2)、流感A/PR/8病毒(H1N1亚型)、传染性支气管炎病毒(Infectious bronchitis virus, IBV)和SARS冠状病毒(Severe acute respiratory syndrome corona virus, SARS-CoV)的抗病毒活性和作用机制[7-10]，表明在抗病毒应用方面，PEO存在一定的潜力且非常具有研究价值[11-12]。本研究从病毒的特性、感染过程入手，对PEO在抗病毒方面的研究现状、应用、作用机理及功效成分进行了综述。

1 病毒概述

病毒是指只能在宿主细胞内进行复制的遗传单位或微生物[13]。它具有以下特点：(1)只含有一种类型的核酸(DNA或RNA)，作为遗传信息的载体；(2)不含有功能性核糖体或其他细胞器；(3)RNA病毒，全部遗传信息都在RNA上编码，这种情况在生物学上是独特的；(4)体积比细菌小得多，仅含有少数几种酶类；(5)不能在无生命的培养基中增殖。

病毒因“彻彻底底”的“寄生”性，必须依赖宿主细胞的代谢系统复制自身核酸，合成蛋白质并装配成完整的病毒颗粒[13-14]。当宿主机体受到病毒的感染后，一方面为了维持正常的生理活动尽可能减少病毒造成的损害，机体自身控制的程序性死亡基因会被诱导启动，致使机体细胞死亡，组织器官受到损伤；另一方面被病毒感染的细胞死亡将严重影响病毒复制，并阻止病毒在宿主中的扩散。因此，在漫长的进化过程中，病毒会通过经常发生变异来延迟或抑制细胞死亡、拮抗凋亡，以保证病毒蛋白的合成、装配和复制。

2 抗病毒主要途径

病毒的感染就其本质而言是一种分子感染，既包括病毒在宿主细胞内复制和增殖的过程，也包括病毒致病和宿主产生免疫的生理过程[15-17]。基于病毒的感染过程和特点，抗病毒的主要途径、每种途径的优缺点，以及对应的药物如表1所示。

表1 抗病毒的主要途径Table 1 The main ways of anti-virus

3 PEO抗病毒研究现状

PEO的抗病毒活性一直是研究热点。一直以来就有用牛至精油治疗流行性感冒的例子[18]，近现代PEO被用于抗病毒的例子亦是屡见不鲜，国内外关于不同植物来源的精油抗病毒，以及精油中不同成分抗病毒的报道更是层出不穷。从早期的HSV，到近年流行性病毒，再到无包膜病毒，随着对PEO抗病毒研究的不断深入，PEO抗病毒活性得到了更大程度的挖掘和开发。一种精油可以对抗多种病毒，一种病毒有多种PEO可以对其产生抗性，更有不同精油复配可达到更好的抗病毒效果的例子被研究者证实[19]。

表2 不同PEO抗病毒种类及其作用途径或方式Table 2 Different PEO antiviral species and their action pathways

病毒从结构上可以分为包膜病毒和无包膜病毒，病毒的包膜结构由脂质和糖蛋白组成。常见的无包膜病毒包括人诺如病毒(Norovirus, NOV)、MNV、RV、脊髓灰质炎病毒(Poliovirus, PV)和AdV等。目前关于PEO对包膜病毒的报道较普遍，对无包膜病毒的研究相对有限。研究发现，PEO对无包膜病毒的作用机制与包膜病毒是相似的，要么直接作用于病毒本身(如包膜或衣壳上)，要么在病毒侵入到宿主细胞后的复制早期发挥作用。相比较而言，PEO对包膜病毒表现广谱的抗病毒效果，而在对抗非包膜病毒方面，种类相对较少，抗病毒效果也比较差。

4 PEO抗病毒作用机制

PEO的抗病毒机理主要体现在对宿主细胞的保护、对病毒的直接灭活、抗病毒吸附、对已感染细胞的治疗以及调节机体免疫五个方面。可以通过四种方式进行验证：(1)预处理细胞；(2)预处理病毒；(3)吸附阶段：病毒与细胞接触时，立即加入精油；(4)在病毒入侵细胞后，加入精油培育细胞[32]。

4.1 保护宿主细胞

病毒感染的前期，用精油预处理细胞，精油分子进入宿主细胞后，率先抢占细胞上的各种受体，当受体被精油分子占满后，病毒的遗传信息就无法释放至宿主细胞内部进行复制。

在感染吸道合胞病毒(Reispiratory syncytial virus, RSV)前应用头状山茱萸、牛至和鼠尾草三种精油的复合精油预处理细胞24小时，空斑降低至60%以下，而短时间使用复合精油预处理或病毒进入细胞后使用复合精油处理均没有表现出抗RSV病毒的效果[19]；实时荧光定量PCR中发现，经百里香精油预处理的细胞，使得脑心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus, EMCV)拷贝数由阳性对照组(未加精油组)的3.16×107TCID50/mL降低到1.99×106TCID50/mL[32]。

4.2 灭活病毒

病毒表面有一层蛋白质外壳(非包膜病毒)或者脂质包膜，可以保护病毒的RNA或者DNA信息。对于非包膜病毒来说，精油中的酚类、醛类、氧化物分子可以使非包膜病毒的蛋白质衣壳解体、变性。对于脂质包膜的病毒，PEO可以使包膜溶解，从而直接灭活病毒。

感染前，使用精油(牛膝草油、百里香油或姜油精油)预孵育HSV-2，然后再与细胞作用，HSV-2菌斑的形成减少了90%以上，与HSV-2感染前或吸附期后向细胞中加入精油相比抑制作用更显著[33]；百里香精油与人体腺病毒(Human adenovirus, HAdV3)悬浮液混合培养2h，再加入单层细胞培养，观察发现细胞损伤较阳性对照和其他3种作用方式(保护、治疗、吸附)明显减轻，与阴性对照组(未与病毒作用组)相似，病毒滴度由105.33TCID50/mL下降到104TCID50/mL[32]；鼠诺如病毒(MNV)是一种无包膜病毒，MNV在与百香草精油作用时，会使病毒蛋白质衣壳失去完整性，最终导致病毒基因组暴露，随后精油直接作用于病毒RNA，随着时间的推移和精油浓度的增加，病毒大量降解[31]。

4.3 抑制病毒吸附宿主细胞

对于包膜病毒，PEO干扰病毒颗粒薄膜的结构，从而抑制病毒对宿主细胞的吸附。对于非包膜病毒，PEO在病毒粒子表面形成抗菌涂层导致病毒非特异性地与宿主细胞结合，抑制细胞的感染性。通常直接灭活病毒和防止病毒吸附到宿主细胞这两种方式目前还没有很清晰的界定。

矮赤松(Pinusmugo)精油和柑橘(Citruslimon)精油与疱疹病毒混合后立即加入宿主细胞，可以有效减少HSV-1和HSV-2斑块的形成约80%[34]。牛至精油在抑制病毒吸附宿主细胞方面效果最明显，作用48h后病毒拷贝数最高降低大于一个10的数量级单位[32]；柠檬草精油作用后的MNV衣壳保持完整、基因组完好无损，可能是通过精油分子包裹病毒衣壳来阻止病毒对宿主细胞的特异性吸附，从而发挥抗病毒作用[31]。

4.4 抑制病毒在宿主细胞内的复制增殖和扩散

病毒感染机体后，必须不断进行自我复制并扩散到新的宿主细胞，才能维持其生理活性。抑制病毒在体内的复制增殖或者阻止病毒在细胞间的传播，是目前治疗病毒性疾病的主要方法。对于非包膜病毒来说，抑制剂主要在感染后复制的早期阶段(感染后数小时内)发挥作用。

Búfalo等[35]在非包膜病毒脊髓灰质炎病毒(PV-1)感染宿主细胞后2h，添加龙舌兰精油显示出最好的抗病毒活性(抑制率49.6%)；Tseliou等研究表明CAPEO可在早期干扰H1N1病毒核糖核蛋白(vRNP)在细胞核穿梭，并持续到感染的整个过程，最终致使H1N1的复制和子代病毒的产生受到严重抑制[19]； 亚香茅精油可以以剂量依赖性方式抑制人类免疫缺陷病毒逆转录酶(HIV-1 RT)的活性，从而抑制HIV病毒的复制繁殖，其主要活性成分为(S)-β-香茅醇。与此同时，Mori还发现其他三种精油(白千层叶精油、桉叶精油和多花利比里亚精油)对HIV-1逆转录酶均具有抑制作用[36]。

4.5 提升宿主自身免疫力

精油里的醇类、酚类、醛类分子进入人体后可以促进骨髓细胞分裂中性粒细胞，增加中性粒细胞的数量，从而增强人体自身免疫力。

黑种草精油提高了CD4+辅助T细胞数量和血清IFN-γ水平，增加巨噬细胞数量，从而达到抗小鼠巨细胞病毒(Murine cytomegalovirus, MCMV)的作用[37]；Chowdhury等[38]跟踪监测肉鸡体内对NDV抗体效价的变化，结果发现与对照组(未喂食任何抗生素和精油)相比，添加精油和抗生素组对NDV的抗体效价要高，而且肉桂皮精油和丁香花精油组的效果最显著。该结果与Sadeghi等[39]的发现一致，肉桂皮精油中的肉桂醛比香芹酚和百里香酚等其他酚性油具有更强的抗菌活性，增强了肉鸡对NDV的免疫反应[40]。

5 PEO抗病毒活性成分

PEO成分复杂多样，具有挥发性和亲脂性，一般包括萜类化合物、芳香族化合物和含氮含硫化合物等[41]。研究发现，PEO中的萜、酚、醛及其衍生物能够在病毒复制周期的不同阶段发挥作用[42-43]。

5.1 萜类

萜类化合物在PEO中占比最大，多为单萜、倍半萜和它们的含氧衍生物。PEO中常见的萜类化合物包括1,8-桉叶醇、柠檬烯、松油醇、α-蒎烯等。

八角茴香精油[7]中的倍半萜类化合物(反式茴香脑、β-石竹烯和β-环氧石竹烯)可以直接作用于HSV，抑制率为40%～99%，且其中的β-石竹烯的抑制率为98%，选择性指数(SI)为140，具有潜在的抗病毒活性[44]；罗勒精油中的1,8-桉叶醇和樟脑直接孵育BVDV，樟脑SI=13.88，1,8-桉叶醇SI=9.05，可作为潜在抗BVDV的药物来源[45]；另外，生姜、柠檬、茶树、陈皮、艾蒿和柠檬草精油中的香茅醛、柠檬烯、1,8-桉叶醇和α-姜烯通过直接作用于TMV，可以干扰外壳蛋白或抑制衣壳蛋白的形成[28]；桉树、茶树和百里香精油中的单萜类化合物(除1,8-桉叶醇外)通过直接灭活游离病毒颗粒而显示出较高的抗HSV-1活性，抑制率均在80%以上，而且单萜烃的抗病毒活性略高于单萜醇，α-蒎烯和α-松油醇的SI最高，安全性和抗病毒能力最佳[46]。

5.2 苯丙素类化合物

芳香族化合物在PEO中所占比例仅次于萜类，其中含有大量苯丙素及其衍生化合物，多为酚、醛化合物，如：百里香酚、丁香酚等。

百里香酚表现出的保护作用和直接抗HAdV3作用，均使HAdV3的病毒滴度下降了至少一个数量级[32]。香芹酚对RV的选择指数SI为33，具有潜在的抗病毒活性[26]；香芹酚还可直接作用于MNV衣壳，使得病毒的衣壳直径增大，膨胀解体，然后作用于RNA，在1小时内有效地灭活MNV[48]；除此之外，酚类化合物还可以抑制植物病毒。Wang和Sun等人[49-50]发现丁香酚可以抵抗番茄黄叶卷曲病毒(TYLCV)的感染，而且丁香酚对植株的保护作用强于对TYLCV的治疗作用，其机制可能与激活防御基因的表达有关。

5.3 有机硫化合物

大蒜精油和洋葱精油中含有丰富的槲皮素和大蒜素，二者是有机硫化合物的典型代表，许多研究报道了二者的抗病毒活性[51]。槲皮素可以通过阻断病毒附着阶段来减少肠道病毒感染[52]；在另一项研究中，槲皮素能够改变登革热病毒(Dengue, DEN)感染的细胞中促炎细胞因子的活性，从而提高人体免疫力达到抗病毒感染的作用[53]；此外，Rojas等[54]发现槲皮素可以直接抑制病毒基因组复制、改变病毒颗粒的完整性，从而达到抗丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus, HCV)的作用。关于大蒜素的报道中指出，大蒜素可以作用于炎症细胞因子，从而调节免疫系统以应对病毒感染[55]；还可以穿透细胞磷脂膜，进一步抑制感染后宿主细胞中病毒的增殖，从而展现抗病毒活性[56]。还有研究表明，大蒜油中的大蒜新素对人巨细胞病毒(Human cytomegalovirus, HCMV)感染有明显的预防和治疗作用，而且大蒜新素对HCMV的作用点是在病毒复制周期的早期，对HCMV的IE基因能特异和有效地抑制[57]。

表3 PEO中主要抗病毒成分及抗病毒方式Table 3 The main antiviral ingredients and antiviral methods of PEO

不同化合物的抗病毒活性机制不同，作用靶点也有所差异。同一化合物抵抗不同病毒的能力存在差异性，这可能是由不同病毒结构或者化合物的选择性决定的。单一成分的抗病毒活性并不等同于PEO的抗病毒活性，这可能是由于PEO中多种化学成分相互作用造成的。同样地，含有成分构成类似的PEO针对相同病毒所表现出的抗病毒活性也有不同。

6 结 论

PEO对动、植物病毒病的防治发挥的巨大作用已被屡次证实，可作为生态友好型产品应用于动、植物病毒病的防治中。但PEO的化学成分复杂性、作用方式多样性给研究带来了一定的难度，使得PEO抗病毒机理、途径尚未系统性、综合性地被解释，尤其是PEO在对抗无包膜病毒方面的研究还比较有限。因此，需要更多临床试验和证据来进一步评估确定PEO抗病毒的特殊机制及在实际应用中的成本和适用性。此外，关于PEO复配使用、PEO与抗生素联合使用值得进一步研究开发。