植物精油抗病毒研究概況

張 瑜，何華名，何聰芬

(北京工商大學(xué) 北京市植物資源研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048)

病毒性疾病通常具有高度的傳染性和致病性(如宮頸癌腫瘤等)，發(fā)病率和死亡率極高[1]。盡管人類在預(yù)防和控制病毒性疾病方面已取得了很大成就，但近些年中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle east respiratory syndrome, MERS)[2]、禽流感病毒(Avian influenza A, H7N9)[3]、埃博拉病毒(Ebola virus disease, EVD)[4]、寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)[5]和2019新型冠狀病毒(2019 novel corona virus , 2019-nCoV)[6]等引發(fā)的一系列疫情表明，病毒仍對(duì)全球公共衛(wèi)生構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

目前，疫苗預(yù)防作為臨床對(duì)抗病毒性疾病最為普遍且行之有效的手段之一，在提高人體免疫力的同時(shí)無(wú)形中加快了病毒的變異速度，使得疫苗的研發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上病毒的變異速度，導(dǎo)致病毒的預(yù)防愈加困難。另一方面，臨床上使用的抗病毒藥物通常會(huì)產(chǎn)生耐藥性、依賴性、副作用等，而且病毒性疾病的潛伏期在一定程度上也限制了現(xiàn)有抗病毒藥物的治療效果，所以尋找天然、毒副作用小的潛在的抗病毒藥物或先導(dǎo)化合物成為大勢(shì)所趨。

植物精油(Plant essential oil, PEO)是成分眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類天然混合物，是天然中草藥中重要的活性成分，許多PEO被美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)歸類為一般公認(rèn)安全物質(zhì)(Generally regarded as safe, GRAS)。另外，已有研究報(bào)道PEO和其中單體化合物在體內(nèi)外對(duì)單純皰疹病毒1型(Herpes simplex virus type 1, HSV-1)、單純皰疹病毒2型(Herpes simplex virus type 2, HSV-2)、流感A/PR/8病毒(H1N1亞型)、傳染性支氣管炎病毒(Infectious bronchitis virus, IBV)和SARS冠狀病毒(Severe acute respiratory syndrome corona virus, SARS-CoV)的抗病毒活性和作用機(jī)制[7-10]，表明在抗病毒應(yīng)用方面，PEO存在一定的潛力且非常具有研究?jī)r(jià)值[11-12]。本研究從病毒的特性、感染過(guò)程入手，對(duì)PEO在抗病毒方面的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用、作用機(jī)理及功效成分進(jìn)行了綜述。

1 病毒概述

病毒是指只能在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制的遺傳單位或微生物[13]。它具有以下特點(diǎn)：(1)只含有一種類型的核酸(DNA或RNA)，作為遺傳信息的載體；(2)不含有功能性核糖體或其他細(xì)胞器；(3)RNA病毒，全部遺傳信息都在RNA上編碼，這種情況在生物學(xué)上是獨(dú)特的；(4)體積比細(xì)菌小得多，僅含有少數(shù)幾種酶類；(5)不能在無(wú)生命的培養(yǎng)基中增殖。

病毒因“徹徹底底”的“寄生”性，必須依賴宿主細(xì)胞的代謝系統(tǒng)復(fù)制自身核酸，合成蛋白質(zhì)并裝配成完整的病毒顆粒[13-14]。當(dāng)宿主機(jī)體受到病毒的感染后，一方面為了維持正常的生理活動(dòng)盡可能減少病毒造成的損害，機(jī)體自身控制的程序性死亡基因會(huì)被誘導(dǎo)啟動(dòng)，致使機(jī)體細(xì)胞死亡，組織器官受到損傷；另一方面被病毒感染的細(xì)胞死亡將嚴(yán)重影響病毒復(fù)制，并阻止病毒在宿主中的擴(kuò)散。因此，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，病毒會(huì)通過(guò)經(jīng)常發(fā)生變異來(lái)延遲或抑制細(xì)胞死亡、拮抗凋亡，以保證病毒蛋白的合成、裝配和復(fù)制。

2 抗病毒主要途徑

病毒的感染就其本質(zhì)而言是一種分子感染，既包括病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和增殖的過(guò)程，也包括病毒致病和宿主產(chǎn)生免疫的生理過(guò)程[15-17]?；诓《镜母腥具^(guò)程和特點(diǎn)，抗病毒的主要途徑、每種途徑的優(yōu)缺點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)的藥物如表1所示。

表1 抗病毒的主要途徑Table 1 The main ways of anti-virus

3 PEO抗病毒研究現(xiàn)狀

PEO的抗病毒活性一直是研究熱點(diǎn)。一直以來(lái)就有用牛至精油治療流行性感冒的例子[18]，近現(xiàn)代PEO被用于抗病毒的例子亦是屢見(jiàn)不鮮，國(guó)內(nèi)外關(guān)于不同植物來(lái)源的精油抗病毒，以及精油中不同成分抗病毒的報(bào)道更是層出不窮。從早期的HSV，到近年流行性病毒，再到無(wú)包膜病毒，隨著對(duì)PEO抗病毒研究的不斷深入，PEO抗病毒活性得到了更大程度的挖掘和開(kāi)發(fā)。一種精油可以對(duì)抗多種病毒，一種病毒有多種PEO可以對(duì)其產(chǎn)生抗性，更有不同精油復(fù)配可達(dá)到更好的抗病毒效果的例子被研究者證實(shí)[19]。

表2 不同PEO抗病毒種類及其作用途徑或方式Table 2 Different PEO antiviral species and their action pathways

病毒從結(jié)構(gòu)上可以分為包膜病毒和無(wú)包膜病毒，病毒的包膜結(jié)構(gòu)由脂質(zhì)和糖蛋白組成。常見(jiàn)的無(wú)包膜病毒包括人諾如病毒(Norovirus, NOV)、MNV、RV、脊髓灰質(zhì)炎病毒(Poliovirus, PV)和AdV等。目前關(guān)于PEO對(duì)包膜病毒的報(bào)道較普遍，對(duì)無(wú)包膜病毒的研究相對(duì)有限。研究發(fā)現(xiàn)，PEO對(duì)無(wú)包膜病毒的作用機(jī)制與包膜病毒是相似的，要么直接作用于病毒本身(如包膜或衣殼上)，要么在病毒侵入到宿主細(xì)胞后的復(fù)制早期發(fā)揮作用。相比較而言，PEO對(duì)包膜病毒表現(xiàn)廣譜的抗病毒效果，而在對(duì)抗非包膜病毒方面，種類相對(duì)較少，抗病毒效果也比較差。

4 PEO抗病毒作用機(jī)制

PEO的抗病毒機(jī)理主要體現(xiàn)在對(duì)宿主細(xì)胞的保護(hù)、對(duì)病毒的直接滅活、抗病毒吸附、對(duì)已感染細(xì)胞的治療以及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫五個(gè)方面?？梢酝ㄟ^(guò)四種方式進(jìn)行驗(yàn)證：(1)預(yù)處理細(xì)胞；(2)預(yù)處理病毒；(3)吸附階段：病毒與細(xì)胞接觸時(shí)，立即加入精油；(4)在病毒入侵細(xì)胞后，加入精油培育細(xì)胞[32]。

4.1 保護(hù)宿主細(xì)胞

病毒感染的前期，用精油預(yù)處理細(xì)胞，精油分子進(jìn)入宿主細(xì)胞后，率先搶占細(xì)胞上的各種受體，當(dāng)受體被精油分子占滿后，病毒的遺傳信息就無(wú)法釋放至宿主細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行復(fù)制。

在感染吸道合胞病毒(Reispiratory syncytial virus, RSV)前應(yīng)用頭狀山茱萸、牛至和鼠尾草三種精油的復(fù)合精油預(yù)處理細(xì)胞24小時(shí)，空斑降低至60%以下，而短時(shí)間使用復(fù)合精油預(yù)處理或病毒進(jìn)入細(xì)胞后使用復(fù)合精油處理均沒(méi)有表現(xiàn)出抗RSV病毒的效果[19]；實(shí)時(shí)熒光定量PCR中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)百里香精油預(yù)處理的細(xì)胞，使得腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus, EMCV)拷貝數(shù)由陽(yáng)性對(duì)照組(未加精油組)的3.16×107TCID50/mL降低到1.99×106TCID50/mL[32]。

4.2 滅活病毒

病毒表面有一層蛋白質(zhì)外殼(非包膜病毒)或者脂質(zhì)包膜，可以保護(hù)病毒的RNA或者DNA信息。對(duì)于非包膜病毒來(lái)說(shuō)，精油中的酚類、醛類、氧化物分子可以使非包膜病毒的蛋白質(zhì)衣殼解體、變性。對(duì)于脂質(zhì)包膜的病毒，PEO可以使包膜溶解，從而直接滅活病毒。

感染前，使用精油(牛膝草油、百里香油或姜油精油)預(yù)孵育HSV-2，然后再與細(xì)胞作用，HSV-2菌斑的形成減少了90%以上，與HSV-2感染前或吸附期后向細(xì)胞中加入精油相比抑制作用更顯著[33]；百里香精油與人體腺病毒(Human adenovirus, HAdV3)懸浮液混合培養(yǎng)2h，再加入單層細(xì)胞培養(yǎng)，觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)胞損傷較陽(yáng)性對(duì)照和其他3種作用方式(保護(hù)、治療、吸附)明顯減輕，與陰性對(duì)照組(未與病毒作用組)相似，病毒滴度由105.33TCID50/mL下降到104TCID50/mL[32]；鼠諾如病毒(MNV)是一種無(wú)包膜病毒，MNV在與百香草精油作用時(shí)，會(huì)使病毒蛋白質(zhì)衣殼失去完整性，最終導(dǎo)致病毒基因組暴露，隨后精油直接作用于病毒RNA，隨著時(shí)間的推移和精油濃度的增加，病毒大量降解[31]。

4.3 抑制病毒吸附宿主細(xì)胞

對(duì)于包膜病毒，PEO干擾病毒顆粒薄膜的結(jié)構(gòu)，從而抑制病毒對(duì)宿主細(xì)胞的吸附。對(duì)于非包膜病毒，PEO在病毒粒子表面形成抗菌涂層導(dǎo)致病毒非特異性地與宿主細(xì)胞結(jié)合，抑制細(xì)胞的感染性。通常直接滅活病毒和防止病毒吸附到宿主細(xì)胞這兩種方式目前還沒(méi)有很清晰的界定。

矮赤松(Pinusmugo)精油和柑橘(Citruslimon)精油與皰疹病毒混合后立即加入宿主細(xì)胞，可以有效減少HSV-1和HSV-2斑塊的形成約80%[34]。牛至精油在抑制病毒吸附宿主細(xì)胞方面效果最明顯，作用48h后病毒拷貝數(shù)最高降低大于一個(gè)10的數(shù)量級(jí)單位[32]；檸檬草精油作用后的MNV衣殼保持完整、基因組完好無(wú)損，可能是通過(guò)精油分子包裹病毒衣殼來(lái)阻止病毒對(duì)宿主細(xì)胞的特異性吸附，從而發(fā)揮抗病毒作用[31]。

4.4 抑制病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制增殖和擴(kuò)散

病毒感染機(jī)體后，必須不斷進(jìn)行自我復(fù)制并擴(kuò)散到新的宿主細(xì)胞，才能維持其生理活性。抑制病毒在體內(nèi)的復(fù)制增殖或者阻止病毒在細(xì)胞間的傳播，是目前治療病毒性疾病的主要方法。對(duì)于非包膜病毒來(lái)說(shuō)，抑制劑主要在感染后復(fù)制的早期階段(感染后數(shù)小時(shí)內(nèi))發(fā)揮作用。

Búfalo等[35]在非包膜病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒(PV-1)感染宿主細(xì)胞后2h，添加龍舌蘭精油顯示出最好的抗病毒活性(抑制率49.6%)；Tseliou等研究表明CAPEO可在早期干擾H1N1病毒核糖核蛋白(vRNP)在細(xì)胞核穿梭，并持續(xù)到感染的整個(gè)過(guò)程，最終致使H1N1的復(fù)制和子代病毒的產(chǎn)生受到嚴(yán)重抑制[19]； 亞香茅精油可以以劑量依賴性方式抑制人類免疫缺陷病毒逆轉(zhuǎn)錄酶(HIV-1 RT)的活性，從而抑制HIV病毒的復(fù)制繁殖，其主要活性成分為(S)-β-香茅醇。與此同時(shí)，Mori還發(fā)現(xiàn)其他三種精油(白千層葉精油、桉葉精油和多花利比里亞精油)對(duì)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶均具有抑制作用[36]。

4.5 提升宿主自身免疫力

精油里的醇類、酚類、醛類分子進(jìn)入人體后可以促進(jìn)骨髓細(xì)胞分裂中性粒細(xì)胞，增加中性粒細(xì)胞的數(shù)量，從而增強(qiáng)人體自身免疫力。

黑種草精油提高了CD4+輔助T細(xì)胞數(shù)量和血清IFN-γ水平，增加巨噬細(xì)胞數(shù)量，從而達(dá)到抗小鼠巨細(xì)胞病毒(Murine cytomegalovirus, MCMV)的作用[37]；Chowdhury等[38]跟蹤監(jiān)測(cè)肉雞體內(nèi)對(duì)NDV抗體效價(jià)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組(未喂食任何抗生素和精油)相比，添加精油和抗生素組對(duì)NDV的抗體效價(jià)要高，而且肉桂皮精油和丁香花精油組的效果最顯著。該結(jié)果與Sadeghi等[39]的發(fā)現(xiàn)一致，肉桂皮精油中的肉桂醛比香芹酚和百里香酚等其他酚性油具有更強(qiáng)的抗菌活性，增強(qiáng)了肉雞對(duì)NDV的免疫反應(yīng)[40]。

5 PEO抗病毒活性成分

PEO成分復(fù)雜多樣，具有揮發(fā)性和親脂性，一般包括萜類化合物、芳香族化合物和含氮含硫化合物等[41]。研究發(fā)現(xiàn)，PEO中的萜、酚、醛及其衍生物能夠在病毒復(fù)制周期的不同階段發(fā)揮作用[42-43]。

5.1 萜類

萜類化合物在PEO中占比最大，多為單萜、倍半萜和它們的含氧衍生物。PEO中常見(jiàn)的萜類化合物包括1,8-桉葉醇、檸檬烯、松油醇、α-蒎烯等。

八角茴香精油[7]中的倍半萜類化合物(反式茴香腦、β-石竹烯和β-環(huán)氧石竹烯)可以直接作用于HSV，抑制率為40%～99%，且其中的β-石竹烯的抑制率為98%，選擇性指數(shù)(SI)為140，具有潛在的抗病毒活性[44]；羅勒精油中的1,8-桉葉醇和樟腦直接孵育BVDV，樟腦SI=13.88，1,8-桉葉醇SI=9.05，可作為潛在抗BVDV的藥物來(lái)源[45]；另外，生姜、檸檬、茶樹(shù)、陳皮、艾蒿和檸檬草精油中的香茅醛、檸檬烯、1,8-桉葉醇和α-姜烯通過(guò)直接作用于TMV，可以干擾外殼蛋白或抑制衣殼蛋白的形成[28]；桉樹(shù)、茶樹(shù)和百里香精油中的單萜類化合物(除1,8-桉葉醇外)通過(guò)直接滅活游離病毒顆粒而顯示出較高的抗HSV-1活性，抑制率均在80%以上，而且單萜烴的抗病毒活性略高于單萜醇，α-蒎烯和α-松油醇的SI最高，安全性和抗病毒能力最佳[46]。

5.2 苯丙素類化合物

芳香族化合物在PEO中所占比例僅次于萜類，其中含有大量苯丙素及其衍生化合物，多為酚、醛化合物，如：百里香酚、丁香酚等。

百里香酚表現(xiàn)出的保護(hù)作用和直接抗HAdV3作用，均使HAdV3的病毒滴度下降了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)[32]。香芹酚對(duì)RV的選擇指數(shù)SI為33，具有潛在的抗病毒活性[26]；香芹酚還可直接作用于MNV衣殼，使得病毒的衣殼直徑增大，膨脹解體，然后作用于RNA，在1小時(shí)內(nèi)有效地滅活MNV[48]；除此之外，酚類化合物還可以抑制植物病毒。Wang和Sun等人[49-50]發(fā)現(xiàn)丁香酚可以抵抗番茄黃葉卷曲病毒(TYLCV)的感染，而且丁香酚對(duì)植株的保護(hù)作用強(qiáng)于對(duì)TYLCV的治療作用，其機(jī)制可能與激活防御基因的表達(dá)有關(guān)。

5.3 有機(jī)硫化合物

大蒜精油和洋蔥精油中含有豐富的槲皮素和大蒜素，二者是有機(jī)硫化合物的典型代表，許多研究報(bào)道了二者的抗病毒活性[51]。槲皮素可以通過(guò)阻斷病毒附著階段來(lái)減少腸道病毒感染[52]；在另一項(xiàng)研究中，槲皮素能夠改變登革熱病毒(Dengue, DEN)感染的細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的活性，從而提高人體免疫力達(dá)到抗病毒感染的作用[53]；此外，Rojas等[54]發(fā)現(xiàn)槲皮素可以直接抑制病毒基因組復(fù)制、改變病毒顆粒的完整性，從而達(dá)到抗丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus, HCV)的作用。關(guān)于大蒜素的報(bào)道中指出，大蒜素可以作用于炎癥細(xì)胞因子，從而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)病毒感染[55]；還可以穿透細(xì)胞磷脂膜，進(jìn)一步抑制感染后宿主細(xì)胞中病毒的增殖，從而展現(xiàn)抗病毒活性[56]。還有研究表明，大蒜油中的大蒜新素對(duì)人巨細(xì)胞病毒(Human cytomegalovirus, HCMV)感染有明顯的預(yù)防和治療作用，而且大蒜新素對(duì)HCMV的作用點(diǎn)是在病毒復(fù)制周期的早期，對(duì)HCMV的IE基因能特異和有效地抑制[57]。

表3 PEO中主要抗病毒成分及抗病毒方式Table 3 The main antiviral ingredients and antiviral methods of PEO

不同化合物的抗病毒活性機(jī)制不同，作用靶點(diǎn)也有所差異。同一化合物抵抗不同病毒的能力存在差異性，這可能是由不同病毒結(jié)構(gòu)或者化合物的選擇性決定的。單一成分的抗病毒活性并不等同于PEO的抗病毒活性，這可能是由于PEO中多種化學(xué)成分相互作用造成的。同樣地，含有成分構(gòu)成類似的PEO針對(duì)相同病毒所表現(xiàn)出的抗病毒活性也有不同。

6 結(jié) 論

PEO對(duì)動(dòng)、植物病毒病的防治發(fā)揮的巨大作用已被屢次證實(shí)，可作為生態(tài)友好型產(chǎn)品應(yīng)用于動(dòng)、植物病毒病的防治中。但PEO的化學(xué)成分復(fù)雜性、作用方式多樣性給研究帶來(lái)了一定的難度，使得PEO抗病毒機(jī)理、途徑尚未系統(tǒng)性、綜合性地被解釋，尤其是PEO在對(duì)抗無(wú)包膜病毒方面的研究還比較有限。因此，需要更多臨床試驗(yàn)和證據(jù)來(lái)進(jìn)一步評(píng)估確定PEO抗病毒的特殊機(jī)制及在實(shí)際應(yīng)用中的成本和適用性。此外，關(guān)于PEO復(fù)配使用、PEO與抗生素聯(lián)合使用值得進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。