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天然产物及其衍生物作为潜在寨卡病毒抑制剂:一篇综合性综述

期刊:VirusesDOI:10.3390/v15051211

这是一篇发表于《Viruses》期刊的综述文章,题为《天然产物及其衍生物作为潜在的寨卡病毒抑制剂:一项全面综述》。文章的作者团队主要来自巴西米纳斯吉拉斯联邦大学(Universidade Federal de Minas Gerais),包括Rosângela Santos Pereira、Françoise Camila Pereira Santos、Priscilla Rodrigues Valadares Campana、Vivian Vasconcelos Costa、Rodrigo Maia de Pádua、Daniele G. Souza、Mauro Martins Teixeira以及通讯作者Fernão Castro Braga。该文于2023年3月7日投稿,经过修订后于2023年5月8日被接收,并于2023年5月20日正式发表。文章全面梳理了1997年至2022年间发表的关于天然产物(natural products,NPs)及其衍生物抗寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)活性的研究,涵盖了植物、真菌、细菌、动物及海洋生物来源的化合物,并系统总结了其作用机制、研究模型及未来发展方向。

文章首先阐述了寨卡病毒的生物学背景与公共卫生意义。寨卡病毒属于黄病毒科(Flaviviridae)黄病毒属(Flavivirus),是一种正义单链RNA病毒,基因组约10.8 kb,编码3种结构蛋白和7种非结构蛋白。该病毒主要通过伊蚊属(Aedes)蚊虫叮咬传播,也可经血液、性接触和母婴垂直传播。2015年巴西首次确认寨卡病毒感染后,医学界逐渐认识到该病毒与新生儿小头畸形及其他先天性寨卡综合征(congenital Zika syndromes,CZSS)之间的关联,同时也发现成人感染后可出现格林-巴利综合征(Guillain-Barré syndrome)等严重神经系统并发症。然而,迄今为止尚无针对寨卡病毒感染的有效治疗药物或预防性疫苗,因此世界卫生组织将抗寨卡病毒药物的研发列为优先事项。在这一背景下,天然产物因其结构多样性和历史上在抗病毒药物开发中的重要作用,成为寻找新型寨卡病毒抑制剂的重要来源。

在方法学部分,文章详细描述了文献检索策略。作者系统检索了PubMed/MEDLINE、SciELO、Scopus、Google Scholar、Web of Science、Science Direct、SciFinder和LILACS等数据库,检索词包括“zika virus”与“medicinal plants”“phenolic compounds”“alkaloids”“terpenoids”“antiviral natural products”等MeSH和DeCS词表的组合。纳入标准为以计算机模拟(in silico)、体外(in vitro)或体内(in vivo)模型评价天然产物或衍生物抗寨卡病毒活性的原始研究,综述、会议摘要、学位论文等被排除。最终筛选出的研究按化合物来源、化学类别、作用靶点和实验模型进行分类整理。

文章的主体部分从三个层面系统梳理了天然产物的抗寨卡病毒潜力。第一层面为计算机模拟研究。分子对接(molecular docking)是最常用的预测工具,其靶点主要集中在寨卡病毒的非结构蛋白NS2B-NS3蛋白酶、NS3解旋酶、NS5甲基转移酶和RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRp),以及包膜蛋白(envelope protein)等。多酚类和生物碱类化合物在虚拟筛选中表现出最佳的结合亲和力。例如,表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)、杨梅素(myricetin)、槲皮素(quercetin)等黄酮类化合物被预测为非竞争性NS2B-NS3蛋白酶抑制剂;来自短叶红豆杉等植物的紫杉烷类二萜及来自链霉菌的茴香霉素(anisomycin)等则与NS5蛋白的多个结构域有强相互作用。值得关注的是,一些天然产物如芦丁(rutin)、异槲皮苷(isoquercitrin)和红木素(bixin)在计算机模拟中显示出对多个病毒靶点的同时作用潜力,提示其可能具有多靶点抗病毒特性。不过,文章也强调,计算机模拟结果必须经过体外和体内实验的验证。

第二层面为体外实验研究。文章根据选择性指数(selectivity index,SI),即半数细胞毒性浓度(CC50)与半数有效浓度(EC50)的比值,作为筛选候选化合物的关键指标,通常SI ≥ 10被认为具有进一步开发价值。在植物提取物方面,水杨梅属植物Aphloia theiformis水提物(SI = 30)、海藻Osmundaria obtusiloba乙醇提取物(SI = 288)、以及Psiloxylon mauritianum水提物(SI = 53.5)等均表现出显著的抗寨卡病毒活性,且部分提取物的作用机制涉及抑制病毒吸附或具有直接灭活病毒的作用。在纯化合物层面,最具潜力的包括EGCG(SI ≥ 25,000)、茴香霉素(SI ≥ 11,900)、来自海洋褐藻的dolastane型二萜(SI = 1246)和杨梅素(SI ≥ 862)。这些化合物大多作用于病毒吸附和内化阶段,部分还具有病毒灭活效应。文章还特别列举了多种黄酮类、生物碱类、甾体类和萜类化合物的具体EC50、CC50和SI值,并对它们的作用机制进行了讨论。例如,氯喹(chloroquine)作为奎宁的衍生物,主要通过阻断病毒内化发挥作用;石蒜碱(lycorine)则在病毒复制周期的后进入阶段抑制RNA合成和病毒粒子形成。此外,部分化合物如肉桂酸(cinnamic acid)和甘草次酸(glycyrrhetinic acid)的衍生物通过酶学实验证实可直接抑制寨卡病毒的NS5 RdRp或NS2B-NS3蛋白酶活性。

第三层面为细菌来源天然产物及其他特殊来源化合物的活性研究。文章指出,尽管来自细菌的化合物数量少于植物来源,但其中一些显示出极高的抗病毒效力。Duramycin是一种由肉桂链霉菌(Streptomyces cinnamoneus)产生的环肽,能够结合包膜病毒表面的磷脂酰乙醇胺,在原代人胎盘细胞和绒毛膜细胞中分别降低寨卡病毒感染50%和95%以上。南昌霉素(nanchangmicin)则通过抑制网格蛋白介导的内吞作用阻断寨卡病毒进入多种细胞系。Novobiocin是一种源自雪白链霉菌(Streptomyces niveus)的香豆素类抗生素,在Vero细胞和Huh-7细胞中的SI分别为32.56和28.92,并可通过抑制NS2B-NS3蛋白酶发挥抗病毒作用。

在结论与展望部分,文章明确指出,天然产物及其衍生物在抗寨卡病毒药物研发中展现出巨大潜力。已有数据表明,多种结构类别的天然化合物能够在病毒吸附、内化、复制和释放等不同阶段发挥抑制作用,部分化合物还具有直接灭活病毒的能力。然而,现有研究仍存在明显不足:大多数活性评价仅停留在细胞水平,缺乏系统的动物模型药效学和安全性研究;分子作用机制的研究深度不够,很多化合物的具体靶点和信号通路尚不明确;更值得注意的是,迄今为止尚无任何活性化合物进入临床试验阶段。因此,未来研究应着重于对高选择性指数的化合物进行体内验证,深入阐明其作用机制,并评估其在孕期感染模型中的安全性和有效性。此外,文章还强调,天然产物的化学多样性为发现新型抗病毒先导化合物提供了不可替代的资源,结合计算机辅助药物设计和现代药物化学手段,有望加速寨卡病毒治疗药物的开发进程。

总体而言,这篇综述系统、全面地总结了天然产物抗寨卡病毒研究的现状,为相关领域的研究者提供了翔实的数据参考和清晰的研究框架。其科学价值在于整合了分散的研究成果,揭示了天然产物在抗寨卡病毒药物开发中的核心优势与关键瓶颈;其应用价值在于为后续的临床前研究和药物开发指明了优先方向,特别是对高选择性指数化合物的深入评价和作用机制的解析。

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