中药抗病毒作用机制研究进展

邵梓帆,苏延乐,陆 征*

(1.西北农林科技大学动物医学院,陕西杨凌 712100;2.中捷四方生物科技股份有限公司,陕西杨凌 712100)

病毒是一类非细胞结构病原体,主要由核酸和蛋白质组成,且依赖于宿主细胞增殖。其致病机理包括三个方面:一是引起宿主细胞死亡和组织损伤;二是引发炎症反应;三是导致免疫抑制。当前病毒性疾病的防控仍以疫苗免疫为主,但由于病毒种类多样,变异频发,单纯的免疫已经无法起到有效的防控作用。目前临床应用的抗病毒药物大多为西药,其中包括核苷类似物、逆转录酶抑制剂、神经氨酸酶抑制剂等,它们主要通过干扰病毒的吸附和侵入、核酸复制及转录、病毒粒子的组装和释放等过程发挥抗病毒作用[1]。然而,但这些抗病毒药物存在易发生耐药、毒副作用明显、治疗方案复杂、效果不理想等诸多问题。中医药在防治病毒性疾病方面,理论体系完整,具有独特的优势。中医理论重视病毒与机体间的相互关系,且中药具有抑制病毒复制,减轻病毒引起的组织损伤,调节免疫功能等综合功效,因而成为近年来国内外学者关注的热点。

实践证实,中药可通过直接和间接两种途径发挥抗病毒作用,恰好对应中医理论中的“扶正祛邪”原则。“扶正”是指激发和调动机体的免疫防御系统,增强抵抗力,抵御病毒感染或加速病毒的清除;“祛邪”则是指对病毒的直接抑制或杀灭作用。临床上治疗病毒性疾病常以清热、泻火、燥湿的中药为主,同时辅以补气养血、滋阴生津的佐药。其中多种中药饮片、复方及其有效成分均对病毒有较强的抑制作用,如金银花、连翘、牛蒡子、黄连、黄柏等及其活性成分,相关报道多见于黄酮类[2]、多糖类[3]、三萜类[4]、生物碱类[5]等。本文结合病毒性疾病的发病机理,对中药抗病毒作用机制的研究成果做了相应的总结,现将研究进展综述如下。

1 直接抗病毒作用

病毒在宿主细胞内的增殖过程包括吸附、侵入、脱壳、基因组转录与复制、基因表达与蛋白合成、病毒装配、成熟与释放等环节。中药的直接抗病毒作用是指其对病毒的直接灭活,以及阻断病毒在宿主细胞内增殖过程中的某个或者多个环节,从而抑制病毒增殖的作用。

1.1 直接灭活病毒

研究发现,一些中药的提取物或有效成分可以直接灭活病毒。Carlucci等证实λ型角叉菜胶,作为一种硫酸化多糖,较κ/ι和μ/ν型角叉菜胶而言,可以更紧密地与疱疹病毒(Herpes virus,HSV)结合,与病毒的负表面相互作用,致使病毒粒子失活,进而干扰HSV的复制。从中药海藻羊栖菜中提取的多糖成分可以直接杀灭柯萨奇病毒3(Coxsackie virus 3,CVB3),也可以通过进入细胞或吸附在细胞表面抑制或杀伤病毒,且其抗病毒活性显著优于病毒唑[6]。另外,蜂胶醇提物、鱼腥草水提物对诺如病毒均有较高的灭活率,两者对病毒核酸均有明显的破坏作用,鱼腥草水提物尚能破坏病毒外壳蛋白的结构[7]。

1.2 抑制病毒吸附和侵入

吸附和侵入发生于病毒感染易感细胞的初始阶段,是指病毒附着于细胞表面,其核酸或感染性核衣壳穿过细胞膜进入胞质的过程。研究表明,中药活性成分中的黄酮类、三萜类化合物、多糖及其衍生物、生物碱及苷类等都能通过干扰病毒颗粒对易感细胞的吸附和侵入过程,发挥抗病毒作用。例如硫酸化的川明参紫胶多糖(sCVPSs)可以通过硫酸盐基团的负电荷中和细胞表面的正电荷,干扰病毒的电荷依赖性吸附过程,进而有效的抑制新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)对BHK-21细胞及鸡胚成纤维(chick embryo fibroblast,CEF)细胞的吸附。槲皮素通过与血球凝集素(hemagglutinin,HA)相互作用而抑制流感病毒入侵宿主细胞[8]。王雪飞[9]研究发现,由党参、茯苓、白术等药材配伍而成的中药“复方参术汤、复方连翁汤、复方参附汤”可下调猪小肠黏膜上皮细胞(small intestinal epithelial cells,SIEC)pAPN mRNA 水平,间接抑制猪传染性胃肠炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus,TGEV)S蛋白与SIEC表面pAPN受体的结合,进一步干扰TGEV与细胞膜的融合,阻断TGEV入侵宿主细胞。黄芩苷可以通过抑制腮腺炎病毒(Mumps virus,MuV)在Vero细胞内的生物合成,阻止MuV吸附而发挥抗病毒作用,降低MuV感染宿主风险[10]。

1.3 抑制病毒复制

中药可通过抑制病毒基因组的转录、复制以及相关的蛋白酶(DNA多聚酶、RNA多聚酶、逆转录酶、核苷酸还原酶等)活性来抑制病毒的复制。有研究显示,多羟甲基黄酮类化合物主要通过作用于逆转录酶来抑制艾滋病病毒(Human immunodeficiency virus,HIV)的复制,如淫羊藿苷及其代谢产物脱水淫羊藿素抑制HIV-1的作用靶点为逆转录酶和蛋白酶[11]。Zhao C等[12]提取了灰花树中的新型杂多糖(GFP),并评价了其体外抗病毒活性,结果表明GFP1能阻断肠病毒71型(Enterovirus 71,EV71)VP1蛋白在宿主细胞中的表达和基因组RNA的合成。白藜芦醇具有较强的抗鸭瘟病毒(Duck plague virus,DPV)活性,试验证实它是通过抑制 UL2、UL3、IRS和TRS等复制早期基因的转录,来阻碍DPV核酸的复制和核衣壳的形成。张淼丹等[13]发现绿原酸和连翘苷可明显抑制猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)在细胞内的复制,且能给细胞提供较好的保护作用。

1.4 抑制病毒释放和再感染

成熟的病毒颗粒,尤其是囊膜病毒,通常会以胞吐和出芽的方式从宿主细胞中释放,该过程由病毒跨膜蛋白和病毒内部组分之间的相互作用而驱动。迄今为止,作用于这个阶段的中药少有报道。关文达[14]研究发现,臭灵丹酸可通过抑制神经氨酸酶活性来阻止甲型流感病毒子代的释放,还可以抑制NF-κB信号通路活化,使病毒粒子滞留在细胞核内。五环三萜分子bevirimat衍生物BMS-955176(GSK-3532795,13)能结合HIV-1的衣壳前体(capsid precursor,CA)——间隔肽(spacer peptide 1,SP l),从而阻碍蛋白酶对这一区域的切割,进而干扰病毒粒子的释放,临床试验中可以减少患者血浆中病毒RNA含量[4]。此外,甘草甜素对水痘带状疱疹病毒(Varicella-zoster virus,VZV)的体外抑制研究表明,病毒感染16 h后加入甘草甜素,可抑制VZV向未感染细胞的扩散[15]。

2 间接抗病毒作用

病毒感染导致的病理损伤、免疫抑制以及机体免疫应答引发的炎症反应是病毒的主要致病机制。遵循中医“正气存内,邪不可干”的辩证论治观点,中药可以通过增强机体的免疫力,激发机体的免疫防御系统来发挥间接抗病毒作用。在此过程中,中药对机体免疫系统的调节作用是多层次、多途径、多靶点的,增强机体抵抗力的同时及时清除外源病原,做到扶正祛邪,从而维持机体内环境的稳定。

2.1 免疫促进作用

2.1.1 促进免疫器官发育 免疫器官是机体产生免疫反应和执行免疫应答的重要组织,与免疫功能密切相关。在研究黄芪多糖和白术多糖的免疫调节作用时发现,给药后仔猪外周血中T、B淋巴细胞增殖量及胸腺脾脏指数均显著上升,并大大提高了猪高致病性繁殖与呼吸障碍综合征病毒耐热保护剂活疫苗的抗体效价[6]。另有研究显示,向饲料中添加0.5%由黄芪、当归、巴戟天、白术、麦冬、甘草、防风等中药组成的复方超微粉,可以使雏鸡胸腺、脾脏与腔上囊指数均显著高于对照组,推测可能与超微粉中含有的巴戟天多糖、麦冬多糖、黄芪多糖等成分有关,其多糖成分能促进免疫器官的发育,提高免疫器官的指数[16]。此外,有研究证实藤本豆豆荚总黄酮能够显著增加小鼠的胸腺指数和脾脏指数,促进胸腺和脾脏发育[2]。

2.1.2 增强免疫细胞活性 很多学者认为,中药对T淋巴细胞、杀伤细胞和自然杀伤B细胞、单核巨噬细胞及白细胞等免疫细胞均有不同程度的影响,从而发挥间接抗病毒作用。朱明添[17]发现叶下珠复方可显著降低(乙型肝炎病毒Hepatitis B virus,HBV)的DNA载量,且停药后无明显反弹现象,还能上调CD3+、CD4+、CD4+/CD8+T细胞,下调CD8+T细胞比值,具有正向的T淋巴细胞免疫调节作用。众所周知,HIV主要通过损伤CD4+T细胞来破坏免疫应答,张远芬等采用补肾健脾解毒法干预中国恒河猴艾滋病模型,可抑制感染导致的免疫过度活化状态,减少CD4+T细胞的凋亡,同时通过下调整合素α4β7、CCR9及其相应配体MadCAM-1、CCL25的表达,调节肠淋巴归巢稳态机制等调节机体免疫,并且整合素α4β7的下降,还能降低病毒的感染力和播散力。张梦媛[18]证实桂枝麻黄各半汤、小檗碱可有效治疗流感病毒的感染C57BL/6小鼠引起的肺炎,下调小鼠体内Th1/Th2和Th17/Treg的比例,并通过影响RLH信号传导通路的活化来发挥抗流感病毒作用。

2.1.3 增强体液免疫 体液免疫主要由B细胞介导,产生抗体以实现防止病毒的局部入侵或中和已入侵的病毒的目的。研究表明,染料木黄酮能显著提高肉鸡对传染性支气管炎病毒(Infectious bronchitis virus,IBV)的抗体效价,也能通过提高肉鸡对新城疫病毒(NDV)和禽流感病毒(Avian influenza virus,AIV)的抗体效价以改善体液免疫[19]。口服仁和健太易酵素可显著升高受试者血液中IgG、IgA、IgM含量以及白细胞数,使病毒感染率明显降低,证明仁和健太易酵素具有一定的维持和增强人体免疫力的功效[20]。另有研究报道,血清中溶血素也是反映机体体液免疫功能的重要指标。水芹总黄酮能提高鸡红细胞致敏小鼠的血清溶血素含量,沙棘黄酮可显著提高D-半乳糖致衰老大鼠的血清中溶血素的含量,进而增强体液免疫功能[21]。

2.1.4 增强巨噬细胞的吞噬作用和NK细胞的杀伤作用 巨噬细胞和NK细胞是机体固有免疫系统的重要组成部分,在防御、代谢、炎症、修复等生理或病理过程中发挥重要作用。镰形棘豆黄酮苷元能显著提高环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠巨噬细胞吞噬功能,表现为巨噬细胞吞噬百分率、碳粒廓清指数和吞噬系数的提高[22]。藤本豆豆荚总黄酮能显著提高巨噬细胞吞噬活性,进而提高小鼠的非特异性免疫水平[2]。Lu Z等[5]研究发现,中药牛蒡子的活性成分牛蒡苷元(ARG)通过TLR6/MyD88-NOX2 oxidase-MAPKs信号转导途径活化猪肺泡巨噬细胞(3D4/21),增强其吞噬活性。此外,中药也可以作用于NK细胞,如芦丁能提高NK细胞的杀伤活性,促进T细胞增殖[23];热处理后的柚皮素能够增强小鼠NK细胞的杀伤活性,并抑制T细胞的细胞毒作用[24]。黄芪可促进外周血中多核细胞的增殖,增强单核巨噬细胞吞噬活性,活化NK细胞和LAK细胞,通过对细胞免疫功能的双向调节来增强体液免疫[25]。

2.1.5 诱生干扰素 当病毒入侵机体时,会诱导细胞产生干扰素(interferon,IFN),可与细胞膜上IFN受体结合,活化编码抗病毒蛋白的基因,继而合成抗病毒蛋白,发挥非特异性抗病毒作用。因此,干扰素系统被称为宿主抵御外来病毒入侵的第一道防线。近年来,在中药研究中发现一些中药具有诱生IFN或促诱生IFN的作用。海带多糖提取物上调了HEK293细胞IRF-3信号的表达,并通过该信号提高了IFN-α的表达水平,进而增强了HEK293细胞针对呼吸道合胞病毒(Respiratory syncytial virus,RSV)的抗病毒活性[3]。全蝎白术蛴螬中药组合发酵物能显著提高RSV感染小鼠血清中α肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IFN-γ和一氧化氮(NO)水平,提示其抗病毒机制与增强免疫有关[26]。免疫学上一般以IFN-γ和IL-4分别作为Th1 和Th2细胞的特征性细胞因子,加味麻杏石甘汤可下调感染IBV鸡体内的IL-4含量,诱导IFN-γ分泌,纠正IBV导致的Th1/Th2功能失衡状态,从而发挥免疫调节作用。此外,诸如香菇素、青蒿素、丹参素、虎杖苷、白藜芦醇、氧化苦参碱等中药单体均能诱生IFN,从而发挥抗病毒作用。

2.2 以宿主细胞为靶标抗病毒

病毒是一类细胞内寄生病原体,依赖于宿主细胞增殖,同时对宿主细胞的生理状态有着不同程度的影响,因而靶向于宿主细胞治疗的中药也可以起到间接抗病毒作用。张亚婷等[27]报道,肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71)感染RD细胞可激活TLR7-caspase信号通路,诱导细胞凋亡,槲皮素在体外有较好的抗EV71作用,其抗病毒机制是通过抑制信号通路下游IL-6及caspase 3的表达,从而抑制细胞凋亡。同样,淫羊藿苷也可抑制PRRSV感染所引起的宿主细胞凋亡。试验证实,中药“金叶败毒制剂”具有体外抗人类巨细胞病毒(Human cytomegalovirus,HCMV)的作用,其可以上调宿主细胞内细胞周期调节蛋白cyclinD1和CDK4的表达,诱导G0/G1期细胞进入S和G2/M期,促进宿主细胞的增殖分化,从而发挥抗病毒作用[28]。此外,一些养心活血的中药复方对于防治CVB3引起的病毒性心肌疾病有着良好的效果,其主要通过下调JAK2、STAT3蛋白的表达,降低心肌组织中FAS、FASL蛋白含量,来抑制心肌细胞肥大及心肌细胞凋亡,从而减少心肌损伤并对心肌细胞起保护作用[29]。

2.3 其他

据报道,病毒感染会引起机体内部氧化物与抗氧化物的失衡,或过度炎症反应,从而破坏内环境稳态,致使细胞乃至靶器官的损伤。因此,缓解氧化应激和炎症反应也是中药发挥间接抗病毒作用的关键。研究表明,淫羊藿次苷可在体外诱导HepG2.2.15细胞谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽巯基转移酶(GST)和超氧化物歧化酶1(SOD1)表达升高,同时通过作用于抗氧化酶和非酶抗氧化系统,发挥抗氧化作用,推测其抗HBV作用可能与抗氧化应激损伤有关[30]。Chen W C等[31]合成了35种ARG衍生物,其中碳4位异丙酸酯和烷基咪唑取代物具有较强的抗鲤春病毒血症病毒(Common carp spring viremia virus,SVCV)活性,不仅可以抑制SVCV在EPC细胞中的增殖,还可以维护细胞的完整性,阻断ROS产生,从而抑制SVCV诱导的细胞凋亡。另有研究报道,清热透表方[32]可通过抑制TLR7-MyD88信号转导通路的激活,下调下游炎性细胞因子表达,降低流感病毒感染引起的炎症损伤,间接阻碍了病毒的复制。臭灵丹活性组分能抑制流感病毒诱导的相关宿主细胞信号通路及细胞因子,如NF-κB、p38及COX-2等,从而抑制炎症因子的过度分泌,发挥抗病毒作用[14]。此外,Hu Y等[33-34]和Shan L等[35]合成ARG碳4位8碳烷基咪唑醚类衍生物(EOA)有极强抗传染性造血器官坏死病毒(Infectious haematopoietic necrosis virus,IHNV)作用,不仅可以在体外阻断IHNV诱导的CEP细胞凋亡,还可以通过诱导CEP细胞发生自噬,从而抑制IHNV的增殖,研究还发现EOA还可以在IHNV感染虹鳟幼鱼早期抑制其糖蛋白基因在敏感组织(肾和脾)中的表达,并缓解由IHNV感染引起的炎症反应[33-35]。

3 结语

综上所述,中药抗病毒作用既可以通过对病毒的直接杀灭或抑制其复制来实现,也可以通过促进机体的特异性和非特异性免疫,增强机体抵抗病毒的能力来实现。通常情况下,中药在治疗病毒性疾病过程中并非只是单纯一种机制起作用,而是几种作用机制并存,多成分、多靶点之间是相互作用的结果。这是由中药多成分、多药物配伍用药的特点决定的,并且相对于单味中药来说,中药复方具有更好的抗病毒效果,能更好地反映中药的辨证论治与组方原则。但由于中药化学成分复杂,药理作用广泛而复杂,具体作用靶点并不十分明确,因而需要从已经筛选并证明有显著抗病毒作用的中药中提取抗病毒的有效成分,同时探究复方中药制剂中各中药成分之间的相互作用和影响,增强对中药复方的认识,运用综合分析的方法进行研究。将来可在透彻研究中药效应物质基础的前提下,明确其针对病原体或机体的具体作用靶点,通过探索各有效成分的构效关系及整体作用,利用中药多成分、多靶点的特点,开发出单味药多种成分之间的联合用药及中西抗病毒药物的联合应用等有效方法,这完全有可能成为中药抗病毒研究的新领域,并以此作为指导兽医临床研发高效低毒的抗病毒药物的理论基础。