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Reviews on antiviral activity of chemical constituents from plants

抗病毒植物成分研究概况



全 文 :·综述·
抗病毒植物成分研究概况
杨显锋1,2,王玉丽2,徐为人2
(1.天津中医药大学,天津 300193;
2.天津药物研究院,天津 300193)
[摘要] 综述了近年来抗病毒植物成分研究的新进展,主要包括黄酮类、生物碱类、萜类、香豆素类和多糖类
化合物的抗病毒活性和作用机制,为抗病毒新药的研发提供结构新颖的先导物,并对源于植物成分的抗病毒新药
的研究前景作了展望。
[关键词] 抗病毒植物;研究概况
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)01010005
[收稿日期] 20070115
[基金项目] 天津市科技发展计划项目(0431851117)
[通讯作者] 徐为人,Tel:(022)23003529,Email:xwrtj@ya
hoo.com.cn
  病毒性疾病对人类健康的危害为所有感染性疾病中最
重的一类。它具有高度的传染性,且是许多其他疾病(如肿
瘤等)的病因。抗病毒药物的筛选研究起始于20世纪50年
代,但成效并不显著。由于病毒在宿主细胞内的复制与宿主
细胞的许多生化过程密切相关,因此寻找能选择性地抑制病
毒复制而不影响宿主细胞功能的化合物相当困难,至今特
异、有效、低毒的抗病毒药物仍然很少[1]。近年来,生物、信
息技术发展日新月异,以此为技术基础的合理药物设计(ra
tionaldrugdesign)以及高通量药物筛选(highthroughput
screening)等先进的新药开发技术也随之不断发展,寻找新
的先导化合物的步伐明显加快。植物具有许多化学药物所
不具备的优点,植物成分是筛选先导物的重要来源,而我国
的植物药资源极为丰富,研究和使用的历史悠久,因此,植物
药物活性成分的研究已成为新药开发的方向。国内外有关
抗病毒植物药的研究日益增多,从中筛选有效成分或先导化
合物已成为当前抗病毒新药研发的一个热点。
鉴于植物活性成分在抗病毒方面的优势,对目前抗病毒
植物活性成分的研究情况作一综述。
1 病毒的基本特征
病毒是一类极小的微生物,主要是由 1个核酸分子
(DNA或RNA)与蛋白质构成的核酸蛋白质复合体。病毒
没有核糖体、线粒体和其他细胞器。因此,不能在无生命的
培养基中繁殖,必须依赖于宿主细胞的代谢系统复制自身的
核酸、合成蛋白质并装配成完整的病毒颗粒。根据核酸类型
的不同,的病毒可分为2大类:DNA病毒与RNA病毒。
病毒以复制形式繁殖,这一过程在宿主细胞内进行,从
病毒感染宿主细胞到子代病毒从细胞中释放为一繁殖周期。
包括病毒体吸附于宿细胞膜上的受体,继之穿入细胞,在胞
内脱去蛋白质外壳,释放出感染性核酸,并进行生物合成(包
括核酸的复制,转录与蛋白质合成),最后合成的核酸与蛋白
质装配成子代病毒颗粒,并被细胞释放,再感染新的细胞。
2 抗病毒药物的分类及作用机制
2.1 分类
病毒的感染就其本质而言实际上是一种分子感染,其感
染包括了病毒在宿主细胞内复制和增殖的过程,即病毒吸
附、穿入、脱壳、生物合成及装配、释放等感染周期的特点,也
包括了病毒致病和宿主产生免疫的分子机制[2]。目前抗病
毒药物按其影响病毒入侵人体的环节和方式,可分为以下几
种类型:A阻止病毒在细胞上吸附的药物;B阻止病毒穿
入细胞的药物;C抑制病毒核酸复制的药物;D抑制病毒
蛋白质合成的药物;E干扰素及其诱导剂。
2.2 作用机制
A与病毒抗原结合,阻止病毒对细胞的吸附,从而使其
不能侵入人体细胞。此类药物主要起预防作用,如多种疫苗
对病毒性疾病的预防。B改变人体细胞膜电荷,从而阻止病
毒进入人细胞。此类药物还可防止病毒由一个细胞转移到
另一个细胞中,而兼起预防和治疗作用。C抑制 DNA多聚
过程,从而抑制了病毒基因核酸的复制,如嘌呤类、嘧啶类的
一些药物。D抑制病毒蛋白质的合成。E干扰素及其诱导
剂通过机体免疫系统,增强机体抗感染能力而起作用。
3 抗病毒植物成分
3.1 黄酮类
目前发现多种黄酮类化合物,见图1,主要对膜病毒有
抑制作用,可能与抑制 ATP和逆转录酶,提高感染细胞的
cAMP含量有关,有的可与病毒直接结合,或抑制病毒脱壳
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后的核酸合成。
在寻找天然抗病毒化合物的过程中从菊花 Chrysanthe
mummorifolium中得到1个新的黄酮葡萄糖醛酸苷,并分析
了其结构和抗HIV活性。新化合物为芹菜苷元7OβD(4
咖啡酰)葡糖醛酸苷。其活性很强,抑制 HIV1整合酶的
IC50为 72μg·mL
-1,抗 HIV活性的 EC50为 4186μg·
mL-1[3]。从白花丹科植物中华补血草Limoniumsinense根中
分离的(-)epigalocatechin3Ogalate(1)具有显著的抑制
单纯疱疹病毒(HSV1)复制的活性,而且没有细胞毒性。它
们的抗 HSV1活性比阳性对照药无环鸟苷(acyclovir)更
高[4]。野漆树双黄酮乙(2)对 A型流感病毒和 B型流感病
毒的抑制活性很高,EC50分别为20,02μg·mL
-1,选择性
指数为16,454;穗花杉双黄酮和贝壳杉黄酮也能显著抑制A
型流感病毒和B型流感病毒[5]。黄芩水煎对亚洲甲型流感
病毒有较好的抗病毒作用,其所含药效成分黄酮类化合物对
流感病毒唾液酸酶有很强的抑制作用[6]。从 Aesculus
chinensis种子中分离到2个新的黄酮类化合物(3)和(4),经
活性测试,显示强的抗respiratorysyncytialvirus(RSV)活性,
IC50分别为45,67μg·mL
-1[7]。黄腐醇(5)是从 Hopshu
muluslupulus中分离得到的黄酮类化合物,发现有抗 HIV1
作用,EC50为082μg·mL
-1[8]。化合物1~5结构式见图1。
  (3)R1=βxylopyranosyl(1→2)α-rha(1→6βglu)βglu,
R2=R3=H
  (4)R1=βxyl(1→2)βglu,R2=βglu,R3=CH3
图1 具有抗病毒活性的黄酮类化合物1~5的结构
现代药理研究证明,甘草素与异甘草素有很强的抑制
HIV病毒的能力。甘草香豆素属于异黄酮类的衍生物,甘草
吡喃香豆素等多种甘草黄酮类成分可抑制 HIV诱导的巨细
胞形成,且未见细胞毒性。甘草查尔酮 A在质量浓度为20
μg·mL-1时,能抑制HIV诱导的巨细胞形成[9]。
3.2 生物碱类
药用植物中的多种生物碱类化合物,见图2,均有抗病
毒活性。triptonineB是从雷公藤 Tripterygiumwilfordi和昆
明山海棠Tripterygiumhypoglaucum分离得到的,具有较强的
抗人体免疫缺失病毒活性(EC50<010μg·mL
-1,体外治疗
指数>1000)[10]。BoustieJ等比较了几个具有选择性抗人
脊髓灰质炎病毒活性的生物碱如(+)富马酸海罂粟碱
[(+)glaucinefumarate](6)、(+)N甲基硫驳碱[(+)N
methylaurotetanine](7)、(+)异波尔定[(+)isoboldine]
(8)、(-)nuciferine(9)、[(+)新 木 姜 子 碱 (+)
laurolitsine](10)和(+)无根藤辛[(+)cassythicine](11)
的构效关系,发现四氢喹啉C2位上的甲氧基对抗脊髓灰质
炎病毒的活性起着重要作用,(+)异波尔定、(+)新木姜
子碱(+)laurolitsine)四氢喹啉C2位上的甲氧基被羟基取
代,或(+)无根藤辛(+)cassythicine)四氢喹啉 C2位上
的甲氧基被亚甲二氧基取代,化合物就丧失了抗脊髓灰质炎
病毒活性[11]。金线吊乌龟 Stephaniacepharantha的生物碱
有显著抗 HSV1活性,其中,Nmethylcrotsparine对 HSV1,
HSV2的IC50分别为83,67μg·mL
-1[12]。
     6a  R1   R2  R3 R4 R5 R6  R7  R8
  (6) S OCH3 OCH3 H  H CH3 H OCH3 OCH3
  (7) S OCH3 OCH3 H  H CH3 H OH  OCH3
  (8) S OH  OCH3 H  H  CH3 H OH  OCH3
  (9) R OCH3 OCH3 H  H CH3 H  H  H
  (10) S OCH3 OH  H  H  H  H OH  OCH3
  (11) S  OCH2O   H  H CH3 H  OH  OCH3
图2 具有抗病毒活性的生物碱类化合物6~11的结构
3.3 萜类
甘遂EuphorbiakansuiLiou是大戟科植物,从中分离得
到4种化合物:甘遂大戟萜酯A(I),13十一酰基3(2,4二
甲基丁酰基)巨大戟萜酯(Ⅱ),3(癸2,4二烯酰基)巨大戟
萜酯(Ⅲ)及甘遂萜酯A(Ⅳ)具有体内抗亚甲型流感病毒活
性,抗病毒活性随剂量增加而增强。3种具有四环结构的
Ingenol衍生物其体内抗病毒活性呈现出明显的构效关系,
在适当剂量下C13,C20有长链酰基的I和Ⅱ表现出较强的
体内抗病毒活性,而这两个位点没有长链酰基的I仅表现出
弱的抗病毒活性。在低浓度(0025~785μg·mL-1)下,4
种二萜类化合物对ConA诱导的淋巴细胞增殖有显著的增
强作用。甘遂二萜类化合物中,C13,C20有长链酰基的
Ingenol衍生物具有显著的体内抗病毒活性,其抗病毒的机
制可能主要是通过提高机体的细胞免疫来实现的[13]。
发现得自木犀科植物齐墩果 Oleaeuropaea叶的齐墩果
酸(oleanolicacid)(12)能抑制急性感染的 H9细胞中的
HIV1复制(EC50达到 17μg·mL
-1);坡模醇酸(pomolic
acid)(13)同样有较强的抗 HIV1活性(EC50=14μg·
mL-1),乌苏酸(ursolicacid)(14)也有类似活性(EC50=20
μg·mL-1),但也有轻微的细胞毒性(IC50 =65μg·
mL-1)[14]。马鞭草科植物马缨丹 Lantanacamara含有马缨
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丹烯A(lantadenesA)(15)及其相关的三萜类化合物,可抑
制EpsteinBar病毒活性,构效关系研究表明羧基上的酯键
取代基团可能对活性有重要作用[15]。
从七叶树Aesculuschinensis种子中分离得到的三萜类皂
苷escinⅠa,escinⅠb具有人体免疫缺失病毒蛋白酶的活
性[16]。从狭叶密花树Maesalanceolata中分离得到的三萜皂
苷混合物maesasaponins对包膜病毒 HSV1,HSV2,MVEA,
VSVT2均有抑制活性。其抗病毒机制的研究结果提示,
maesasaponins可能与病毒包膜上的固醇发生配位结合,致使
病毒包膜遭到破坏,从而发挥抗病毒作用[17]。
从眼子菜科 Potamogetonaceaemalaianus中分离出2个
新的二萜化合物 potamogetonyde(16)和 potamogetonol(17),
具有很强的抗 HSV1活性,IC50分别为 8,3μg·mL
-1[18]。
从Caesalpiniaminax的种子分离得到4个新的呋喃二萜化合
物(18~21),有显著的抗 para3病毒活性,IC50分别为82,
96,103,78μg·mL-1[19]。从 Ganodermapfeiferi中分离
的3个萜类化合物(22~24)有显著抗流感病毒A活性,IC50
分别为30,26,078μg·mL-1[20]。萜类化合物15~24的
结构见图3。
图3 具有抗病毒活性的萜类化合物15~24的结构图
3.4 香豆素类和木脂素类
四川产山矾 Symplocossetchuensis茎的乙醇提取物有抑
制HIV活性,EC50<20μg·mL
-1,TI>5,从中分离得到的
matairesinol及其二乙酰化合物对 H9淋巴细胞中 HIV1复
制的IC50为219μmol·L
-1,EC50为20μmol·L
-1,TI为
110[21]。
Kashaman等在对植物抗 HIV活性成分进行筛选时发
现,山竹子科胡桐属植物 Calophylumlanigerum的提取物对
HIV的复制具有很强的抑制作用并对人体细胞有保护作用。
进一步从该提取物中分离得到一系列新型四环香豆素化合
物(+)calanolideA(25)及(-)calanolideB(26),见图4,
它们对HIV1的逆转录酶具有高度的专一性,且作用剂量
低。而且,(+)calanolideA不但对叠氮胸苷抗药株 G9106
具有抑制作用,并且对抗药病毒株系 A17亦具有强的抑制
作用,A17病毒株系对HIV1专一性的非核苷类逆转录酶抑
制药物亦具有高度对抗性[22]。
    (25)R1=OH,R2=H,R3=CH2CH2CH3
    (26)R1=H,R2=OH,R3=CH2CH2CH3
图4 具有抗病毒活性的香豆素类化合物25~26的结构
3.5 多糖
早在20世纪60年代某些科学家即已发现,利用天然来
源的“多糖”物质可以治疗病毒性疾病,但因当时实验条件
的制约,这些科学家的报道与建议并未受到国际药学界的重
视从而被束之高阁。几十年后的今天,随着世界各地病毒性
疾病的泛滥,开发利用天然多糖物质治疗病毒性疾病再次被
提到议事日程上。
从Nostocflageliforme中分离的多糖化合物 nostoflan,有
显著抗HSV1,HSV2,HCMV和INF活性,IC50分别为037,
29,047,78μg·mL-1[23]。李丹等报道,香菇多糖能促进
感染HIV的人PBMC细胞分泌IL2,IL12和IFNγ,抑制IL
4,IL10和 TNFα的分泌,感染 HIV组表现更为明显,并且
表现出浓度依赖关系。表明香菇多糖促进感染、未感染HIV
的PBMC分泌 I类细胞因子,抑制分泌Ⅱ类细胞因子[24]。
辜红梅等报道,黄精多糖具有明显的抗单纯疮疹病毒的作
用。目前,抗病毒黄精多糖滴眼液及抗病毒黄精多糖乳膏等
已开始进行临床试验[25]。菊科植物Achyroclineflaccida水提
物对Ⅰ型单纯疱疹病毒的抑制始于病毒复制的早期,尤其是
病毒吸附过程,其有效成分为带有负电荷的多糖[26]。从藻
类植物宽礁膜 Monostromalatisimum中分离得到的硫酸糖
rhamnansulfate在体外对单纯疱疹病毒(HSV1)和人体免疫
缺失病毒(HIV1)有较强的抑制作用,其机制不仅在于抑制
了病毒的吸附,而且可能抑制病毒在宿主细胞中的复制。此
外rhamnansulfate与叠氮胸苷在抗 HIV1上存在协同效
应[27]。硫酸酯化多糖是多糖的硫酸化衍生物,其在抗 HIV
方面有着特殊的功能。作用机制可能在于:①大多数多糖的
大分子能够机械性或化学结合到 HIV1的部分 gp120分子
上,遮盖了病毒与细胞的结合位点,而竞争性封锁了病毒感
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染细胞;②抑制感染细胞 HIV的复制;③增强机体免疫功
能。实验证明,硫酸根阴离子是抗病毒活性的必需基团。香
菇多糖和裂褶多糖不具有抗 HIV活性,但经硫酸酯化后产
生显著的抗HIV活性,而原有的免疫增强活性消失[28]。
3.6 其他
茶多酚(teapolyphends,TP)是茶叶中的主要生理活性
成分。研究发现茶多酚与流感病毒 A3混合培养条件下,具
有显著降低病毒活性、抑制病毒增殖的作用,其作用随药物
浓度的增加而相应增强[29]。从苦瓜种子和果实中分离纯化
了苦瓜蛋白的 MAP30,并证实其可以抑制 HIV1核心蛋白
的p24表达及抑制 HIV1逆转录酶活性,其 IC50分别为
022,033nmol·L-1,认为 MAP30可能对 HIV1感染有一
定的治疗作用[30]。
美洲商陆抗病毒蛋白(PAP)分离于美洲商陆,相对分子
质量约3×104,是一种单链核糖体失活蛋白(RIP),具有高
特异性的RNAN糖苷酶酶活性,可催化切割真核和原核核
糖体大rRNA中高度保守的SRL(sarcinricinloop)上的四环
GAGA的腺嘌呤碱基的N糖苷键,脱去1个腺嘌呤基。SRL
脱嘌呤后,核糖体构象发生改变,从而影响了 EF1氨酰 tR
NA和EF2GTP与核糖体的结合,导致蛋白质合成过程中移
位阶段的不可逆抑制。PAP是一种天然的广谱抗病毒试剂,
能抗多种植物和动物病毒,在不抑制宿主细胞蛋白质合成的
浓度下就可有效地抑制病毒的复制,特别是由于其抗 HIV
活性,已引起国内外学者的广泛兴趣和重视,对治疗AIDS可
能有广泛的应用前景[31]。
从Phylanthusamarus中得到的鞣质类化合物 corilagin、
geranin有显著抗 HIV1活性,EC50分别为024,024μg·
mL-1[32]。
各种来源的有机酸,只对正黏和疱疹等有膜病毒有抑制
作用,单羧酸则根据脂链的长短和分子上的其他功能基团的
不同,呈现不同的抗病毒活性,脂链越长作用越弱。其作用
原理可能是通过改变病毒包膜上的特异性受的体立体构型,
使病毒丧失特异性吸附能力而失活。其他类型化合物的抗
HIV活性,见表1。
表1 其他类型化合物的HIV1活性
化合物 指标和活性 可能机制 文献
MAP30 IC50022nmol·L-1 抑制核心蛋白的p24表达 [30]
MAP30 IC50033nmol·L-1 抑制逆转录酶活性 [30]
corilagin EC50024μg·mL-1 抑制逆转录酶活性 [32]
geranin EC50024μg·mL-1 抑制逆转录酶活性 [32]
4 展望
就目前来看,抗病毒治疗的问题远远没有解决,绝大多
数的医学病毒还没有有效的治疗药物。在中国,广大的肝炎
病毒感染的病人尚无有效治疗药物。即使是目前治疗进展
最明显的艾滋病,病人在停药后,甚至未停药的情况下出现
病毒负反跳,使治疗失败。然而,我国植物资源极为丰富,有
应用植物性药物治疗流行病、瘟疫的成功记录,具有悠久的
历史和临床应用经验。目前己经发现大量的植物次生代谢
产物具有抗病毒的作用,加强从植物源中寻找新的抗病毒药
物或先导化合物的研究,是我国近期新药研究中最为活跃的
领域。其次,基于计算机科学分子图像技术和生物大分子结
构的推理性药物分子设计有了很大发展,为新药的研制提供
了有利的工具。抗病毒药物的开发是一个艰难的过程,但作
者相信,在不远的将来,抗病毒药物的开发必将出现一个崭
新的局面。
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(1.TianjinUniversityofTraditionalChineseMedicine,Tianjin300193,China;
2.TianjinInstituteofPharmaceuticalResearch,Tianjin300193,China)
[Abstract] Thispaperreviewedtheprogressinresearchesonantiviralactivityofchemicalconstituentsfromplantsinrecent
years,theantiviralactivityandmechanismofactionofflavonoids,alkaloids,terpenoids,coumarinsandpolysaccharosesweresam
marszed,providednewleadingcompoundforantivirusnewdrugsfromtheplaresinprospect.
[Keywords] antivirusplants;researchaelvamce
[责任编辑 牛泽宇]
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第33卷第1期
2008年1月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 1
January,2008