植物来源抗HIV天然化合物研究最新进展

杨金轩，方 浩，陈 欢，郑永唐

1云南中医药大学 中药学院，昆明 650500；2中国科学院昆明动物研究所中国科学院动物模型与人类疾病机理重点实验室，昆明 650223

艾滋病是由人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)引起的一种传染性疾病。截至2020年全球约有3 770万感染人群，有150万新增感染人群，有68万人死于HIV相关的疾病[1]。HIV感染宿主细胞主要分为吸附、融合、脱壳、逆转录、整合、DNA的复制、转录、蛋白质翻译、成熟和出芽等步骤[2]。根据HIV的复制周期，抗HIV药物分为核苷逆转录酶抑制剂(nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NRTIs)、非核苷逆转录酶抑制剂(non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NNRTIs)、蛋白酶抑制剂(protease inhibitors，PIs)、整合酶抑制剂(integrase inhibitors，INSTIs)、辅助受体抑制剂[3]。美国FDA已批准了30多种可有效抑制HIV复制的药物，然而至今还没有彻底根除HIV的治疗方法[4]。目前高效抗逆转录病毒疗法(highly active antiretroviral therapy，HAART)是治疗HIV感染最为有效的方法，将其从一种致命性疾病转变为可控的慢性疾病[5]。尽管HAART疗法在控制艾滋病方面取得了巨大的成功，但由于交叉耐药、不良反应和患者依从性差，其疗效也显著降低[6,7]。因此，研发具有更高抗病毒效果、更低毒副作用、更高耐药屏障的新型抗HIV药物仍然是当前防治艾滋病急需所在。

我国蕴藏着极为丰富的药用资源，相关调查显示我国现有生药12 807种，其中药用植物11 146种，占87%；药用动物1 581种，占12%；矿物类药物80种，不足1%[8]。天然产物在癌症、传染病、心血管疾病等多领域药物研发中起着关键作用[9]。在第9版《国际药典》收录的371种药物中，有80多种是天然产物或天然产物衍生物；据文献记载从1981年至2014年间批准的1 562种新药中，70%是天然产物[10]。世界卫生组织(World Health Organization，WHO)统计全世界有65%的人口仍将植物和草药作为疾病治疗的一部分[11]。

研究者对天然产物抗HIV作用进行了大量研究，发现大黄、剑叶三宝木、青梅、三角褐指藻、斑鸠菊、天竺葵、穗花等多种药用植物具有显著的抗HIV活性[12]。大部分天然产物的作用靶点为整合酶(integrase，IN)、逆转录酶(reverse transcriptase，RT)和蛋白酶(protease)[11]，部分天然产物还具有潜伏激活的功能[13]。具有抗HIV活性的天然化合物主要有香豆素类、萜烯、黄酮类、生物碱类、酚类、木脂素类、醌类、皂苷、氧杂蒽酮、多糖类、鞣质类、蛋白质和多肽类等[14,15]。本文结合笔者实验室的长期抗HIV药物研究，对最近5年植物来源抗HIV活性天然产物研究进行简要综述。

1 具有抗HIV活性的天然化合物

1.1 多酚类化合物

多酚是多羟基酚类化合物的总称，广泛存在于蔬菜、水果、茶等多种植物中，具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用[16]。近来研究发现多种多酚类化合物具有抗HIV活性。

Rebensburg等[17]证实了岩蔷薇属白瑞木的提取物在体外对HIV-1临床分离株和多种耐药株具有广谱的抗HIV活性，EC50介于0～25.00 μg/mL。白瑞木提取物的抗病毒成分靶向感染性HIV颗粒表面上的病毒膜蛋白以阻止病毒接触宿主细胞，该提取物不会使病毒产生耐药性。

表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)是从茶叶中分离得到的儿茶素类单体，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗动脉硬化、抗血栓形成、抗血管增生、抗炎以及抗肿瘤作用。早期研究表明EGCG通过阻止HIV-1表面蛋白gp120与CD4分子的结合，从而抑制HIV-1的复制[18]。Yang等[19]发现磷脂酰乙醇胺结合蛋白1(phosphatidylethanolamine-binding protein 1，PEBP1)是一种可以诱导HIV休眠的新基因，揭示PEBP1在核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信号通路上游作为负调控蛋白在HIV潜伏的建立和维持中起着关键作用。且EGCG可以诱导激活PEBP1，进而PEBP1再通过失活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/NF-κB信号通路抑制HIV的转录促使HIV继续潜伏。

牛至油是一种从唇形科植物牛至中提取的挥发油，具有抗菌、抗病毒和抗真菌活性[20]。Mediouni等[21]发现牛至油中的香芹酚及其同分异构体麝香草酚通过改变细胞膜上胆固醇含量，从而有效地抑制HIV病毒与靶细胞的融合，阻止病毒进入。HIV病毒对香芹酚耐药出现的时间比临床上使用的其他药物要晚，且香芹酚与抗逆转录病毒药物联合时呈现相加作用。因此，牛至油、香芹酚和麝香草酚可能成为当前HIV治疗的潜在补充药物。

1.2 萜类化合物

萜类化合物可分为单萜、倍半萜、二萜及三萜类化合物。萜类化合物广泛存在于自然界，有许多的生理活性(如祛痰、止咳、驱风、发汗、驱虫、镇痛)，萜类化合物中有许多有效的抗HIV成分，但作用机制尚未完全阐明。

暗罗属是番荔枝科下的一个属，为乔木或灌木植物。Yu等[22]从一种海南暗罗的根中分离得到了一些3,4-裂环-降碳的克罗烷型二萜化合物，测试了化合物polylauioid A(1)、polylauioid D(4)、polylauioid F(6)、polylauioid G(7)、polylauioid I(9)和polylauioid J(10)的抗HIV-1活性。研究发现这些化合物具有一定的抗HIV-1活性，EC50为12.00～36.00 μmol/L，且对C8166细胞无细胞毒作用，CC50>200.00 μmol/L。

瑞香科荛花属大约有70种植物，分布于东亚、马来西亚、澳大利亚和夏威夷，约49种主要分布于中国大陆[23]。荛花属植物是tigliane型二萜类的重要来源，但研究报道并不多。目前从革叶荛花中分离到一种tigliane型二萜、几种guaiane型倍半萜，以及黄酮类和木质素。Otsuki等[24]首次从革叶荛花分离得到6种tigliane型二萜类化合物(1～6)，对新化合物wikstrocins A～C(1～3)进行结构解析并确定4～6分别为dapholosericin A、stelleracin E、stelleracin C。在MT-4细胞中评估了这6个化合物的抗HIV-1活性，发现活性与B环的结构有关。化合物dapholosericin A(4)的抗HIV活性最强(IC50=3.80 nmol/L)，其次是化合物stelleracin C(6)(IC50=12.80 nmol/L)，化合物wikstrocin A(1)、wikstrocin B(2)、wikstrocin C(3)和stelleracin E(5)的IC50均高于164.00 nmol/L。化合物dapholosericin A(4)与wikstrocin C(3)的区别仅在于C-12处苯甲酰基，表明C-12处苯甲酰基可能有利于抗HIV-1活性。

佛波醇是一种天然植物来源的tigliane型二萜，佛波酯是佛波醇的酯化衍生物。在过去20年，已分离得到248种以上的佛波酯，研究发现佛波酯具有调节蛋白激酶C、抗HIV等多种生物活性[25]。我们研究发现从大戟科云南叶轮木中分离得到一种新的佛波酯12-O-tricosanoylphorbol-20-acetate(简称Hop-8)对野生型HIV-1、HIV-2以及耐药株在C8166和PBMC细胞的复制具有广谱抑制作用且细胞毒性较低，EC50介于0.10～7.99 μmol/L。Hop-8能上调细胞中载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样3G蛋白(apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like3G，A3G)的表达，降低子代病毒的传染性，这种新的抑制HIV复制机制可能为治疗HIV提供一种新的策略[26]。

大戟科植物三籽桐种子游离的脂肪酸较高，是一种非食用生物柴油生产植物[27]。Lu等[28]从三籽桐的正丁醇提取物中分离得到6个新的(crotignoids L～Q)和2个已知的tigliane二萜类化合物，在MT-4细胞中测试了所有化合物对HIV-1HL4-3病毒的抑制作用，发现除了crotignoid Q外，其余7种tigliane二萜表现出潜在的抗HIV活性，IC50为0～4.03 μmol/L。

Daphnane型的二萜以反式稠合5/7/6碳环系统为特征，分布于百里香科和大戟科植物中。尼地吗啉(gnidimacrin，GM)是从百里香科植物中分离的瑞香烷二萜，在皮摩尔浓度下以“激活-杀伤”的方式抑制HIV的复制及潜伏HIV的再激活[29]。尽管已证实GM具有良好的生物活性，但迄今为止从植物界中鉴定与其相关的大环瑞香素还相当有限。2020年，Otsuki等[30]从瑞香中分离得到GM(1)和3种大环瑞香素，即daphneodorins A～C(2～4)，通过光谱和物理化学分析对其结构进行解析。由于化合物daphneodorins A～C(2～4)与GM(1)的结构具有高度相似性，因此测定了其抗HIV活性，发现化合物daphneodorin A(2)和daphneodorin B(3)能显著抑制HIV-1的复制，EC50分别为0.16 nmol/L和0.25 nmol/L。Daphneodorins A～C是一种新型的大环瑞香素，可对其进行结构修饰进一步提高抗HIV活性。

同年，Otsuki等[31]还从瑞香中提取到5种新化合物dphneodorins D～H(1、5、10、11、12)及7种已知的瑞香烷二萜类化合物，在MT-4细胞中评价了这些化合物的抗HIV活性。结果表明，化合物1～9显示出显著的抗HIV活性，EC50为1.50～7.70 nmol/L。化合物1～9比化合物10～12具有更强的抗HIV活性，表明9，13，14-正酯基序可能对抗HIV活性很重要。1～8之间的主要结构差异是邻酯化脂肪链中双键的数量和C-12酰基部分的类型，然而，这些结构差异并未显著影响化合物的抗HIV活性。化合物8和9显示出相当的抗HIV活性，因此可确定C-12和C-1′取代基的交换对抗HIV活性也几乎没有影响。

月腺大戟的提取物和纯化产物具有抗癌、抗炎、抗病毒、抗菌等药理效应[32]。Huang等[33]从月腺大戟的根中提取分离得到2个新的和14个已知的ingenane二萜，研究发现除了巨大戟醇外，其他ingenane二萜均显示出较强的抗HIV活性，IC50为0.70～9.70 nmol/L且TI值介于96.00～20 264.00，表明长脂肪链取代基是提高ingenane二萜抗HIV活性所必需的。

1.3 生物碱类化合物

生物碱一般是指存在于生物体内的一类含氮有机化合物。天然生物碱主要来源于植物界，在动物界和微生物界发现的生物碱较少。随着对生物碱化学和生物活性的深入研究，发现了一些生物碱具有抗HIV活性。

茜草属分为乌檀和东方乌檀，早期对乌檀的化学和药理学研究表明其生物碱和三萜具有抗炎、抗菌和抗肿瘤活性[34]。Liu等[35]从乌檀的茎和叶中提取分离得到2种新的单萜吲哚生物碱(naucleaoffines A和B)和6种已知的生物碱。研究发现这些化合物能显著抑制体外脂多糖诱导小鼠巨噬细胞系RAW 264.7细胞产生的一氧化氮，IC50值与氢化可的松相当。此外，这些化合物还显示出显著的抗HIV-1活性，EC50为0.06～2.08 μmol/L。

番荔枝科皂帽花属植物喙果皂帽花用于治疗疟疾、风湿性骨痛等疾病[36]。Yu等[37]从喙果皂帽花的茎中分离得到3种新的阿朴芬型生物碱(dasymaroine A、3-methoxyoxoputerineN-oxide和dasymaroine B)以及9种类似物并评估了这些化合物对6种致病菌的效力，发现dasymaroine A对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抑制作用，MIC值分别为1.20 μmol/L和2.50 μmol/L。同时，他们还测试了dasymaroine A等8个化合物的抗HIV活性，EC50为1.93～9.70 μmol/L。

1.4 木脂素类化合物

木脂素是2个苯丙烷骨架通过其中β，β′或8，8′-碳相连而形成的一类天然产物。木脂素类化合物具有抗癌、保肝、拮抗血小板活化因子和抗氧化等重要生理活性，然而木脂素的抗HIV活性在1990年才被发现。

爵床属小驳骨具有抗炎、抗氧化、止痛等药理作用[38]。Zhang等[39]对4 500多种植物提取物进行筛选，最终筛选出了小驳骨中的patentiflorin A具有抗HIV活性，IC50为24.00～37.00 nmol/L。研究发现无论是天然还是合成的patentiflorin A对M型和T型HIV-1分离株的抑制效果显著，优于齐多夫定。进一步研究HIV-1基因组R/U5和U5/gag转录本的表达，发现patentiflorin A是一种潜在的HIV-1逆转录抑制剂。重要的是，该化合物对HIV-1耐药株也显示出有效的抑制作用。此外，他们也从小驳骨中提取分离得到其他2种抗HIV化合物(justiprocumins A和B)[40]，证实它们是芳基萘木脂素糖苷，justiprocumin B具有广谱的抗HIV活性，IC50为15.00～21.00 nmol/L。

1.5 黄酮类化合物

黄酮类化合物主要分为二氢黄酮(醇)类、黄酮(醇)类、异黄酮类、黄烷类、花青素类、查尔酮类等，它们具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性[41]。

三叶苷是一种自多穗柯(甜茶)植物提取的二氢查尔酮类天然甜味剂，具有抗高血糖、抗氧化、抗炎的功效[42]。Yin等[43]初步实验表明根皮素通过抑制六螺旋束的形成具有较弱抗HIV活性，但细胞毒性高和溶解度低限制了其进一步的临床应用研究。糖基化二氢查尔酮三叶苷具有与根皮素衍生物类似的化学结构，毒性低且溶解度较好。研究发现糖基化二氢查尔酮三叶苷特异性靶向跨膜蛋白gp41的N-末端重复序列(N-terminal heptad repeats，NHR)而具有广谱的抗HIV-1活性，当与其他抗HIV药物联合使用时显示出协同抗HIV-1活性。三叶苷作为一种小分子HIV-1进入抑制剂可能具有良好的研发潜力。

桑酮L(kuwanon L)是从植物黑桑中提取分离得到的天然产物，2006年首次从蒙桑的茎皮中首次分离得到[44]。Esposito等[45]将基于分子对接虚拟筛选应用于小型天然配体库以识别新型变构整合酶抑制剂，从而筛选出化合物桑酮L。研究表明桑酮L能抑制HIV-1整合酶的催化活性以及整合酶与晶状体上皮源性生长因子结合(IC50=22.00 μmol/L)，并促进和稳定整合酶的多聚化形式。桑酮L在基于细胞的测定中能抑制HIV-1NL-4-3复制(EC50=1.90 μmol/L)，在最高测试浓度下显示无细胞毒性作用(CC50>20.00 μmol/L)。Martini等[46]研究发现桑酮L实际上可以结合HIV-1整合酶和逆转录酶。天然化合物的多靶标作用功能或许有助于减少患者的给药量、药物毒副作用以及耐药株的产生。

波罗蜜素可用于治疗疔疮痈疖脓肿、跌打损伤、食欲不振、肺热咳嗽、十二指肠溃疡等[47]。Fu等[48]首次从波罗蜜中分离纯化得到5种新的(artocarheterones A～E)和7种已知的色原酮，体外研究发现这些化合物具有显著的抗HIV活性，EC50为0.09～9.72 μmol/L，TI值介于184.00～23 740.00之间。

1.6 香豆素类化合物

香豆素类化合物是邻羟基桂皮酸内酯类成分的总称。香豆素类衍生物具有较好的药理活性，如抗癌、抗菌、抗氧化、抗病毒及其他活性。天然抗HIV活性香豆素类化合物主要作用于HIV逆转录酶、蛋白酶及整合酶，具有较好的开发价值。

Tao等[49]首次从桑科波罗蜜属植物波罗蜜中分离得到1种新的戊烯基香豆素(artoheteronin)以及6种已知类似物并阐明了新化合物的结构，体外研究发现这7个化合物有明显的抗炎作用，同时也表现出显著的抗HIV-1逆转录酶活性，EC50值为0.18～9.12 μmol/L。

铁钱子属人心果具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗糖尿病、止泻、消炎、利尿、降血脂、降血糖、降胆固醇等生物活性。Liu等[50]首次从人心果中分离得到3种新的(manizapotins A～C)和7种已知的戊烯基香豆素。这些化合物除了对脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞RAW 264.7产生一氧化氮有明显的抑制作用外，也具有明显的抗HIV-1逆转录酶活性，EC50值为0.12～8.69 μmol/L。

黄皮属的几种植物因其果实而闻名，其叶、茎、籽和根用于治疗感冒、疟疾、皮肤病、腹部疼痛及被蛇咬伤。Liu等[51]对黄皮茎进行植物化学研究，分离出3种新的(clauselenins A～C)以及9种已知的戊烯基香豆素。对这些化合物进行体外抗炎及抗HIV活性研究，发现其抗炎活性与氢化可的松相当并且对HIV-1逆转录酶具有较强的抑制作用，EC50值为0.17～9.08 μmol/L。

除以上几类植物来源的天然化合物具有潜在的抗HIV活性外，研究发现一些其他类别的化合物(如肽类、醚类、苯丙素、多糖、木质素-多糖等)在体外对HIV-1的复制也具有抑制作用。现将近5年植物来源的具有抗HIV活性的天然化合物进行总结，详见表1。

表1 植物来源的代表性抗HIV天然化合物

续表1(Continued Tab.1)

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2 总结与展望

从药用植物等自然资源中提取的药物发现先导化合物仍然是治疗各种传染病和非传染病的选择之一。在经历了1950—1960年的黄金时期后，天然产物药物研发受制于生物活性测试、组合化学等技术，几乎停滞。随着近年来合成生物学的迅猛发展，给天然产物药物研发带来了新的机遇，推动了天然产物药物开发进程。自2012年FDA首个批准的口服植物药crofelemer上市以来，为天然产物来源的药物开发带来了巨大的动力。

近年来，科学家们从植物中提取分离得到许多新的化合物，但其中相当部分化合物对HIV病毒仅具有微弱的抑制作用并且治疗指数不高，这给开发天然产物来源的抗HIV药物带来了一定的挑战。植物来源的药物具有多靶点、多环节、多途径等作用特点，使其作用机制较为复杂。直至目前为止，仍有很多植物提取物的作用靶点尚未完全阐明。我们应该客观地认识天然产物来源的化合物在HIV/AIDS治疗中的潜力，充分发挥其优势。结合现代科学技术，在有效化合物的结构基础上，对其进行结构修饰，以便获得疗效更佳的化合物。尽管在实现HIV功能性治愈还有很长的一段路要走，但是我们仍应该充分利用天然产物的优势，探索研发安全有效的治疗药物。