本研究由 Dalkiria Campos、Susana Navarro、Yessica Yadira Llamas-González、Madelaine Sugasti 和 José González-Santamaría 等人完成,其中通讯作者为 José González-Santamaría。研究单位主要包括巴拿马 Gorgas 纪念健康研究所(Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud)的虫媒病毒细胞与分子生物学研究组,以及乌拉圭共和国大学(Universidad de la República)的生物科学博士项目。该论文于 2020 年 3 月 26 日投稿,同年 4 月 12 日被接收,并于 4 月 15 日发表在 MDPI 旗下的开放获取期刊《Viruses》上,文章标题为《Broad Antiviral Activity of Ginkgolic Acid against Chikungunya, Mayaro, Una, and Zika Viruses》。
从学术背景来看,该研究属于抗病毒药物发现与虫媒病毒学交叉领域。基孔肯雅病毒(chikungunya virus, CHIKV)、马亚罗病毒(Mayaro virus, MAYV)、乌纳病毒(Una virus, UNAV)属于披膜病毒科(Togaviridae)的甲病毒属(alphavirus),而寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)属于黄病毒科(Flaviviridae)的黄病毒属(flavivirus)。这些病毒均为虫媒病毒(arbovirus),在热带和亚热带地区广泛流行,部分病毒近年来引起了严重的区域性甚至全球性暴发。尽管这些病毒感染对公共卫生系统造成巨大负担,但截至目前仍缺乏获批的疫苗和特效抗病毒药物,因此迫切需要寻找新型广谱抗病毒化合物。天然产物是发现具有抗病毒活性分子的重要来源。银杏酸(ginkgolic acid)是从银杏(Ginkgo biloba)种子外壳或叶片中分离得到的天然化合物,既往研究已报道其具有抗肿瘤、抗细菌、抗寄生虫以及抗人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)活性,并且能够抑制 SUMO 化(sumoylation)过程。然而,银杏酸对虫媒病毒复制的抑制作用此前尚未被系统探索。因此,本研究的主要目的是评价银杏酸对 CHIKV、MAYV、UNAV 和 ZIKV 这四种虫媒病毒的抗病毒活性。
在实验流程方面,本研究主要通过细胞培养、病毒滴度测定、蛋白表达分析以及免疫荧光等方法,系统评估了银杏酸对不同病毒复制的影响。研究使用了 Vero 细胞、Vero-E6 细胞和 HeLa 细胞作为体外培养体系。CHIKV 和 ZIKV 毒株分离自巴拿马疫情中的患者血清,MAYV 和 UNAV 毒株则来自美国德克萨斯大学医学分部世界新发病毒与虫媒病毒参考中心。研究者首先通过 MTT 法检测银杏酸对 Vero 和 HeLa 细胞的细胞毒性,以排除药物毒性对病毒复制的非特异性影响。在病毒感染实验中,细胞先用银杏酸或二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)预处理 1 小时,再以不同的感染复数(multiplicity of infection, MOI)感染病毒,随后在不同时间点收集细胞上清,通过空斑形成实验(plaque-forming assay)定量感染性病毒颗粒的滴度,结果以空斑形成单位每毫升(plaque-forming units per milliliter, PFU/mL)表示。为了进一步验证银杏酸是否直接作用于病毒颗粒,研究者将约 10⁵ 或 10⁶ PFU 的病毒与 10 µM 银杏酸在无血清培养基中 37 °C 孵育 1 小时,然后直接测定剩余病毒的感染性,以评价银杏酸的直接杀病毒活性。此外,研究还通过时间添加实验(time addition experiment)考察银杏酸在病毒感染后不同时间点加入时对病毒增殖的影响,从而分析其作用于病毒复制周期的具体阶段。蛋白质表达方面,研究者使用 Western blot 检测甲病毒结构蛋白 E1 和非结构蛋白 nsp1 的表达水平,以 β-actin 作为内参蛋白;同时利用针对 CHIKV、MAYV 和 UNAV 的小鼠腹水抗体进行免疫荧光染色,借助共聚焦显微镜观察病毒抗原阳性细胞的比例,并用 ImageJ 软件进行图像分析。所有实验至少独立重复 3 次,每个实验设置 3 个复孔,数据使用 Mann–Whitney 检验、单因素或双因素方差分析(one-way or two-way ANOVA)进行统计分析,p < 0.05 被认为具有统计学显著性。
研究结果显示,银杏酸能够显著降低所有测试病毒的子代病毒产量。在 DMSO 处理的对照细胞中,病毒滴度随时间明显增加,而在银杏酸处理组中,CHIKV、MAYV 和 UNAV 的病毒滴度均出现显著下降。免疫荧光实验进一步证实,银杏酸处理后病毒抗原阳性细胞比例明显减少,说明药物抑制了病毒抗原的表达。细胞毒性实验显示,在 1 µM 和 10 µM 浓度下处理 24 小时并未显著降低细胞活力,因此银杏酸的抗病毒作用并非主要由细胞毒性所致。在剂量依赖性实验中,随着银杏酸浓度增加,三种甲病毒的子代病毒滴度均呈现剂量依赖性降低。直接杀病毒实验表明,银杏酸与病毒颗粒共孵育后,CHIKV、MAYV 和 UNAV 的感染性滴度下降了约 4 至 5 个对数级,说明银杏酸具有较强的直接灭活病毒颗粒的能力。时间添加实验显示,银杏酸主要在病毒感染后的最初 2 小时内发挥抑制作用;对于 UNAV,在感染后 4 小时加入药物仍可观察到一定的抑制作用,但总体而言,银杏酸主要干扰病毒复制周期的早期阶段。在蛋白质表达层面,银杏酸处理可明显抑制 E1 和 nsp1 蛋白的表达,半定量分析结果显示病毒蛋白条带强度显著低于对照。更重要的是,银杏酸对 ZIKV 同样表现出抑制效果:在 Vero 细胞中,银杏酸可时间依赖性和剂量依赖性地降低 ZIKV 的子代病毒产量;直接杀病毒实验也证实银杏酸可显著降低 ZIKV 的感染性;时间添加实验同样显示银杏酸主要在感染后最初 2 小时内发挥抗 ZIKV 作用。综合上述结果,研究者认为银杏酸不仅能够抑制亲缘关系较近的甲病毒,还可能具有更广泛的抗病毒活性,包括抑制黄病毒属的 ZIKV。
基于实验结果,本研究得出以下结论:银杏酸在体外能够有效抑制 CHIKV、MAYV、UNAV 和 ZIKV 的复制,其作用具有剂量依赖性;银杏酸还可直接降低病毒颗粒的感染性,具有明显的杀病毒活性;其抑制作用主要发生在病毒复制周期的早期阶段,并伴随病毒结构蛋白和非结构蛋白表达的抑制。因此,银杏酸可能是一种具有广谱抗虫媒病毒潜力的天然化合物。该研究的意义在于首次系统报道了银杏酸对多种虫媒病毒的抗病毒活性,为后续开发针对新发或再发虫媒病毒的广谱抗病毒药物提供了实验依据。此外,由于天然产物来源丰富且结构多样,银杏酸的抗病毒活性提示其可能成为进一步优化和改造的先导化合物。不过,研究也指出,银杏酸在高浓度下存在一定的细胞毒性,因此其向治疗应用的转化仍面临挑战,未来需要在动物感染模型中进一步评价其有效性和安全性。
本研究的亮点主要体现在以下几个方面:第一,首次证明银杏酸对 CHIKV、MAYV、UNAV 和 ZIKV 四种虫媒病毒均具有抗病毒活性,提示其作用范围可能覆盖甲病毒属和黄病毒属;第二,系统评价了银杏酸的多重抗病毒机制,包括直接杀病毒作用、抑制病毒早期复制阶段以及抑制病毒蛋白表达;第三,研究方法较为经典且可重复性强,包括空斑形成实验、Western blot、免疫荧光和时间添加实验等,能够从不同层面验证抗病毒活性;第四,研究采用了来自巴拿马临床样本的 CHIKV 和 ZIKV 毒株,具有一定的地方代表性和实际流行背景。总体而言,该研究为天然产物银杏酸作为广谱抗虫媒病毒候选药物提供了重要的初步实验证据,也为后续抗病毒机制研究和药物开发奠定了基础。