天然产物活性化合物抗SARS-CoV研究

任 建 敏

(重庆工商大学 环境与资源学院， 重庆 400067)

0 引 言

冠状病毒(CoVs)可追溯到20世纪40年代，导致许多动物与人在内的急性和慢性呼吸、肠道和中枢神经系统疾病。人类冠状病毒(HCoVs)作为轻度呼吸道感染病原体，首先被确认是20世纪60年代，这些HCoVs被命名为HCoV-229E和HCoV-OC43[1]。

20世纪70年代以来，病毒学家对CoVs的复制和发病机制进行了积极研究，到目前已认定7种HCoVs，即HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、严重急性呼吸综合征(SARS-CoV)、中东呼吸综合征(MERS-CoV)和SARS-CoV-2[2]。

分子进化分析表明:所有HCoVs均起源于动物。SARS-CoV、MERS-CoV、HCoV-NL63和HCoV-229E来自蝙蝠；HCoV-OC43和HCoV-HKU1来源于啮齿动物[3]。

在发现SARS-CoV之前，HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-HKU1已在人类普遍存在，约占普通感冒的三分之一，通常与轻度自限上呼吸道感染相关[2]。然而，在老年人和免疫功能低下的个体包括正在接受化疗和艾滋病患者中，HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoVHKU1和HCoV-NL63亚型，因导致肺炎和支气管炎危及生命。

SARS-CoV是高度传染性的呼吸道感染，通常是致命的。2002-11—2003年，SARS-CoV在全球流行，死亡率为10%～15%。SARS-CoV是链长约29.7 kb的的正链单股RNA病毒[4]。2013年，MERS-CoV在中东地区引发疫情，2015-05～06月在韩国发生重大疫情，死亡率为35.5%[5]。

虽然SARS-CoV疫情已被控制多年，但在2019年底至2020年初，武汉市华南海鲜批发市场发现多例新型CoVs感染病例[6]。人际传播显示常见症状如发烧、疲劳、干咳、呼吸短促和肺炎[7]。新型CoVs被国际病毒分类学委员会命名为SARS-CoV-2[8]。研究发现，SARS-CoV-2与SARS-CoV和MERS-CoV密切相关，与SARS-CoV基因组约有70%～80%相同，是一种新的高传染性、致命性HCoVs，其传播现已导致全球大流行[9]。

1 SARS-CoV作用机制与应对办法

SARS-CoV 通过飞沫等进入肺泡上皮细胞，病毒刺突蛋白与宿主细胞表面细胞受体血管紧张素转换酶2 (ACE2)粘附，诱导病毒包膜蛋白发生构象变化，介导SARS-CoV与宿主细胞膜融合[10]。病毒感染导致细胞代谢和信号转导改变，促进病毒复制，引起宿主机体内免疫应答，产生过多细胞因子，形成细胞因子风暴，引发炎症，导致肺损伤、急性呼吸窘迫综合征和多器官衰竭甚至死亡[11]。SARS-CoV-2 较SARS-CoV，其刺突蛋白与人体ACE2受体的亲和力高10倍以上，使SARS-CoV-2更易以惊人的速度在人际间传播[12]。

世界卫生组织表述，目前尚无有效的疫苗或抗病毒药物来预防或治疗SARS-CoV-2，支持和非特异性治疗，是改善患者SARS-CoV-2症状的主要选择。许多已知的抗病毒药物如洛匹那韦、地瑞那韦、奥司他韦、瑞德西韦等，用来抵抗SARS-CoV-2，以及一些其它药物如氯喹、羟氯喹、阿奇霉素、托珠单抗、interpheron -β等也被应用于SARS-CoV-2病人或临床试验[13]。

鉴于2002—2003年中医药或天然药物用作辅助治疗SARS-CoV重症病例的经验[14]，我国SARS-CoV-2感染患者超过85%使用了中医药治疗[15]。

国内外大量研究表明，许多药用植物、海洋生物和真菌等天然产物，有调控病毒识别进而抑制病毒进入、复制，可作为不同病毒的有效抑制剂[16]。还能减少宿主促炎细胞因子，提高免疫能力，预防病毒传播，甚至减缓由于病毒基因高突变引起的耐药性，为抗SARS-CoV-2药物的寻找与开发提供了令人鼓舞的前景。

2 抗SARS-CoV天然化合物

2.1 凝集素与寡肽

凝集素是识别和结合特异碳水化合物的蛋白质，通过与病毒表面特有的糖基化作用，能识别SARS-CoV刺突蛋白[17]。Keyaerts等[10]发现甘露糖特异性植物凝集素具有强大的抗SARS-CoV活性。从韭菜中分离得到甘露糖特异性植物凝集素，是抑制SARS-CoV诱导细胞病变最有效凝集素之一。荨麻和烟草植物分离的N -乙酰葡萄糖胺特异性凝集素，对SARS-CoV也有显著的抑制活性[18]。

藻类的许多凝集素有抗病毒活性。griffithsin是121个氨基酸的红藻衍生凝集素，有高效广谱抗病毒作用，能与SARS-CoV包膜上N -糖基化位点末端甘露糖残基有效结合，抑制病毒进入[19]。

一些寡肽如亮抑酶肽(图1(1))，是放线菌产生的蛋白酶抑制剂，能抑制半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸肽酶。亮抑酶肽可有效抑制SARS-CoV进入宿主细胞，抑制SARS-CoV驱动的病毒-细胞融合[20-21]。从放线菌中分离的oligopeptide antipain (图1(2))，是胰蛋白酶和木瓜蛋白酶抑制剂，可阻断SARS-CoV进入宿主细胞[22]。

2.2 蒽醌类

蒽醌类常存在高等植物和低等植物地衣类和菌类中。大黄素如1,3,8-三羟基-6-甲基蒽醌(图1(3))和1,8-二羟基-3-羧基-9,10-蒽醌，是大黄、唐古特大黄、虎杖、何首乌、芦荟、决明子等药用植物的活性成分[23]。

研究发现，大黄素通过与刺突蛋白结合，阻断病毒进入，干扰SARS-CoV 糜蛋白酶样蛋白酶(3CLpro)活性，从而抑制SARS-CoV。在抗SARS-CoV和HCoV-OC43研究中，大黄素以剂量依赖方式显著阻断SARS-CoV刺突蛋白和ACE2结合，抑制3a离子通道，阻止新生CoVs释放[23]。结构-活性表明，蒽醌的侧链而非蒽醌的骨架，是抑制刺突蛋白和ACE2结合的关键[24]。

2.3 萜及其苷类

从药用植物中分离的萜类化合物，由于其对SARS-CoV具有特异性的体外抗病毒作用，已引起研究者的极大的关注[25]。

三萜类化合物可以抑制埃博拉病毒、马尔堡病毒、艾滋病病毒和甲型流感病毒的入侵，有独特的结构-活性关系[26]。这些活性化合物通过包裹病毒包膜中普遍存在的七肽重复区2，调节多种病毒-宿主融合功能。

柴胡皂苷是一组齐墩烷三萜类衍生物，通常以葡萄糖苷形式存在于柴胡属药用植物中。柴胡皂苷A、B2、C和D表现出抗HCoV-229E活性，其中最强的是B2(图1(4))可阻断HCoV-229E的附着和渗透，可能成为一种潜在的SARS-CoV感染化学预防剂[27]。

甘草的成分包括三萜，如甘草甜素或甘草酸苷(图1(5))，有高的抗病毒和体外抑制SARS-CoV活性[28]。Yang等[15]报道，香椿中的柴胡皂苷和甘草酸苷，通过抑制病毒的吸附、渗透和进入，具有强的抗SARS-CoV作用。七叶树是一种在中国、日本和韩国发现的药用植物，其种子中含有一种天然皂苷escins(图1(6))，对SARS-CoV有较强的抑制作用[29]。三萜烯桦木素和桦木酸，是桦木属植物的主要抗病毒成分，抑制HIV融合与抑制HIV成熟。甲醇提取物对牛CoVs具有抗病毒活性[30]。药用担子菌灵芝，含有灵芝酸F，一种羊毛甾烷三萜，作为ACE2受体抑制剂，有强的抗SARS-CoV作用[31]。

3CLpro对SARs-CoV的复制至关重要[32]。雷公藤皮甲醇提取物显著抑制SARS-CoV 3CLpro活性，其活性化合物为4种甲基醌类三萜衍生物，活性最强的伊圭甾醇(图1(7))，对SARS-CoV 3CLpro的IC50值为2.6 μM[33]。

穿心莲内酯(图1(8))是植物穿心莲中极苦的烷型二萜，分子对接研究表明，可有效结合SARS-CoV-2 3CLpro位点，该分子遵循利平斯基规则，有望成为SARS-CoV-2抑制剂[34]。

二萜醌类隐丹参酮(图1(9))是丹参的主要活性成分，具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、抗菌等活性，对SARS-CoV 3CLpro和PLpro有强的抑制作用[35]。从红藻中分离出的三萜(thyrsiferol、thyrsiferol acetate, venustatriol)对CoVs有抑制作用[36]。天然产物活性化合物结构详见图1。

图1 天然产物活性化合物结构

2.4 多酚类和芳香化合物

许多天然多酚具有抗氧化、抗病毒活性。天然类黄酮(图1)，如杨梅素(图1(10))、槲皮素(图1(11))、木犀草素(图1(12))、柚皮苷、橙皮素(图1(13))、姜黄素(图1(14))、芹黄素和表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG) (图1(15))，是人类饮食中丰富的多酚类物质，常以糖苷或酰基糖苷存在于水果和蔬菜中。

杨梅素能抑制CoVs解旋酶nsP13，已被用于抗CoVs[37]。木犀草素和槲皮素干扰病毒对宿主细胞的吸附。槲皮素、橙皮素和杨梅酮及其糖基化的衍生物，抑制SARS-CoV进入宿主细胞，除了抑制脂肪酸合酶，还能与刺突蛋白、解旋酶、蛋白酶、ACE受体高亲和力结合，发挥强抗CoVs作用[38]。

槲皮素以糖苷配基高浓度存在于洋葱中，对包膜病毒如门果病毒、单纯疱疹病毒、副流感病毒3型、伪狂犬病病毒、呼吸道合胞体病毒和辛德毕斯病毒，有杀病毒活性[39]。槲皮素能够抑制溶酶体膜的H+- ATP酶，阻止病毒脱壳与病毒复制，并竞争性抑制SARS-CoV 3CLpro[40]。芹黄素、木犀草素、槲皮素和姜黄素抑制SARS-CoV 3CLpro活性的IC50值分别为280.8、20.2、23.8和 23.5 μM[33,41]。红茶中的3种酚类化合物鞣酸、3-异茶黄素-3-没食子酸酯和茶黄素-3,3′-二戊酸酯，对SARS-CoV 3CLpro的IC50分别为3、7和9.5 μM[42]。

芪类是具有均二苯乙烯母核的多酚类衍生物，芪类白藜芦醇(图1(16))广泛存在于不同的植物中，包括葡萄、桑葚、花生、虎杖和蔓越莓等[43]。可阻止HIV和SARS-CoV等多种病毒感染[44]，是SARS-CoV和MERS-CoV有效体外抑制剂，可能成为抗新型HCoVs药物[43]。

用于治疗SARS的中草药复方，抑制SARS-CoV进入和复制各过程的活性多酚有：儿茶素、草质素、异补骨脂查尔酮(图1(17))、黄芩苷(图1(18))、山柰酚衍生物、木樨草素、杨梅素、槲皮素、姜黄素、漆树苷、野黄芩素等[15]。

由金银花、柴胡、连翘、黄芪和党参等植物组成的金柴中药胶囊，主要有效成分绿原酸和黄芩苷[45]，能削弱病毒对细胞的吸附，阻断与降低SARS-CoV感染周围组织[46]。红茶多酚表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)抑制牛CoVs增殖，干扰CoVs对Madin-Darby牛肾细胞的吸附[47]。榧树是亚洲的传统药用植物，其活性化合物阿曼托黄酮(图1(19))有良好的SARS-CoV 3CLpro抑制活性[41]。香叶基黄酮A-E，从泡桐中分离得到，能降低促炎细胞因子白细胞介素-1β和α肿瘤坏死因子[48]，有助于缓解许多SARS-CoV-2患者出现的多系统炎症综合征。

中草药中的肉桂，常用作香料，是治疗普通感冒、胃肠道感染、癌症、慢性心血管疾病和妇科疾病的主要成分。研究发现，肉桂中肉桂醛等芳香类精油(图1(20))，通过内吞作用阻断病毒附着与进入，抑制野生型SARS-CoV感染[49]。

2.5 生物碱

生物碱是药用植物中重要的含氮碱性有机活性成分之一。小檗碱(图1(21))又称黄连素，是一种低毒季铵型异喹啉类生物碱，存在于小檗、黄连、黄柏、白屈菜等中，广泛用于抗炎、抗病毒、治疗糖尿病与抗肿瘤等。小檗碱抗CoVs感染，通过抑制NF-κB信号通路，阻止CoVs RNA合成、组装与释放[50]。高三尖杉碱(图1(22))，是植物三尖杉抗肿瘤生物碱之一，于2012-10月获美国FDA批准用于治疗成人慢性髓性白血病。据报道，高三尖杉碱对猪流行性腹泻病毒、鼠肝炎病毒等CoVs具有较强的抑制活性[51]，对SARS-CoV-2 EC50为2.10 μM[52]。石蒜中的石蒜碱(图1(23))，对脊髓灰质炎病毒和单纯疱疹病毒有抗病毒活性，对SARS-CoV也有效[53]。娃儿藤生物碱包括菲骈吲哚里西啶(图1(24))和菲骈喹诺里西啶，已被鉴定为肠病原性CoVs传播性胃肠炎病毒(TGEV)的强效体外抑制剂，具有抗HCoV活性[54]。抗炎和抗肿瘤的双苄异喹啉生物碱(图1(25))，作为免疫调节剂，能抑制HCoV-OC43 刺突和核衣壳蛋白的表达[55]。Dercitin是一种从海绵动物中分离出来的吖啶生物碱，抑制CoVs A59 EC50为1.8 μM。Mycalamides A和B，蛋白质合成抑制剂和从海绵分离出的抗病毒化合物，也能抑制CoVs A59[56]。

2.6 其 他

从黄芪中提取的多糖已被广泛用于抗病毒增强免疫剂，补充黄芪多糖可以抑制禽CoVs的复制[57]。

黑芥子苷(图1(26))是一种硫代葡萄糖苷类化合物，广泛存在于十字花科蔬菜中，如球芽甘蓝、西兰花和黑芥菜。2002/2003年，我国用板蓝根辅助治疗SARS，其活性β-谷甾醇、黑芥子苷和靛蓝，有抗SARS-CoV 3CLpro活性[32]。细指蟾酮(图1(27))，一种从石椒草属中分离出来的香豆素衍生物，对SARS-CoV有抗病毒活性[58]。

紫锥菊是一种多年生草本植物，原产于美洲。主要包括咖啡酸类及其衍生物、烷基酰胺类化合物、多糖及糖蛋白、挥发油等活性化合物，以剂量依赖的方式降低HCoV-229E与MERS-CoV的传染性。补充维生素D可以降低SARS-CoV-2感染和死亡的风险[60]。

一些藻类和海绵动物也有较强的抗病毒活性，如螺旋藻富含蛋白质、维生素、必需氨基酸、矿物质和必需脂肪酸如γ-亚麻酸等，有增强SARS-CoV患者免疫能力，抑制炎症因子等作用[61]。

3 结 论

SARS-CoV-2是一种致命的传染病毒，从药用植物和其他天然产物中寻找抗SARS-CoV-2活性化合物如多酚、生物碱、萜类、植物蛋白与糖苷等，是唾手可得的成果，这为抗SARS-CoV-2药物的研究提供了有希望的途径。同时，在饮食营养中注重天然活性成分的摄入，对提高自身免疫力，预防病毒感染，十分重要。