植物來源抗HIV天然化合物研究最新進展

楊金軒，方 浩，陳 歡，鄭永唐

1云南中醫(yī)藥大學 中藥學院，昆明 650500；2中國科學院昆明動物研究所中國科學院動物模型與人類疾病機理重點實驗室，昆明 650223

艾滋病是由人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)引起的一種傳染性疾病。截至2020年全球約有3 770萬感染人群，有150萬新增感染人群，有68萬人死于HIV相關的疾病[1]。HIV感染宿主細胞主要分為吸附、融合、脫殼、逆轉錄、整合、DNA的復制、轉錄、蛋白質(zhì)翻譯、成熟和出芽等步驟[2]。根據(jù)HIV的復制周期，抗HIV藥物分為核苷逆轉錄酶抑制劑(nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NRTIs)、非核苷逆轉錄酶抑制劑(non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NNRTIs)、蛋白酶抑制劑(protease inhibitors，PIs)、整合酶抑制劑(integrase inhibitors，INSTIs)、輔助受體抑制劑[3]。美國FDA已批準了30多種可有效抑制HIV復制的藥物，然而至今還沒有徹底根除HIV的治療方法[4]。目前高效抗逆轉錄病毒療法(highly active antiretroviral therapy，HAART)是治療HIV感染最為有效的方法，將其從一種致命性疾病轉變?yōu)榭煽氐穆约膊5]。盡管HAART療法在控制艾滋病方面取得了巨大的成功，但由于交叉耐藥、不良反應和患者依從性差，其療效也顯著降低[6,7]。因此，研發(fā)具有更高抗病毒效果、更低毒副作用、更高耐藥屏障的新型抗HIV藥物仍然是當前防治艾滋病急需所在。

我國蘊藏著極為豐富的藥用資源，相關調(diào)查顯示我國現(xiàn)有生藥12 807種，其中藥用植物11 146種，占87%；藥用動物1 581種，占12%；礦物類藥物80種，不足1%[8]。天然產(chǎn)物在癌癥、傳染病、心血管疾病等多領域藥物研發(fā)中起著關鍵作用[9]。在第9版《國際藥典》收錄的371種藥物中，有80多種是天然產(chǎn)物或天然產(chǎn)物衍生物；據(jù)文獻記載從1981年至2014年間批準的1 562種新藥中，70%是天然產(chǎn)物[10]。世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)統(tǒng)計全世界有65%的人口仍將植物和草藥作為疾病治療的一部分[11]。

研究者對天然產(chǎn)物抗HIV作用進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)大黃、劍葉三寶木、青梅、三角褐指藻、斑鳩菊、天竺葵、穗花等多種藥用植物具有顯著的抗HIV活性[12]。大部分天然產(chǎn)物的作用靶點為整合酶(integrase，IN)、逆轉錄酶(reverse transcriptase，RT)和蛋白酶(protease)[11]，部分天然產(chǎn)物還具有潛伏激活的功能[13]。具有抗HIV活性的天然化合物主要有香豆素類、萜烯、黃酮類、生物堿類、酚類、木脂素類、醌類、皂苷、氧雜蒽酮、多糖類、鞣質(zhì)類、蛋白質(zhì)和多肽類等[14,15]。本文結合筆者實驗室的長期抗HIV藥物研究，對最近5年植物來源抗HIV活性天然產(chǎn)物研究進行簡要綜述。

1 具有抗HIV活性的天然化合物

1.1 多酚類化合物

多酚是多羥基酚類化合物的總稱，廣泛存在于蔬菜、水果、茶等多種植物中，具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用[16]。近來研究發(fā)現(xiàn)多種多酚類化合物具有抗HIV活性。

Rebensburg等[17]證實了巖薔薇屬白瑞木的提取物在體外對HIV-1臨床分離株和多種耐藥株具有廣譜的抗HIV活性，EC50介于0～25.00 μg/mL。白瑞木提取物的抗病毒成分靶向感染性HIV顆粒表面上的病毒膜蛋白以阻止病毒接觸宿主細胞，該提取物不會使病毒產(chǎn)生耐藥性。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)是從茶葉中分離得到的兒茶素類單體，具有抗菌、抗病毒、抗氧化、抗動脈硬化、抗血栓形成、抗血管增生、抗炎以及抗腫瘤作用。早期研究表明EGCG通過阻止HIV-1表面蛋白gp120與CD4分子的結合，從而抑制HIV-1的復制[18]。Yang等[19]發(fā)現(xiàn)磷脂酰乙醇胺結合蛋白1(phosphatidylethanolamine-binding protein 1，PEBP1)是一種可以誘導HIV休眠的新基因，揭示PEBP1在核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路上游作為負調(diào)控蛋白在HIV潛伏的建立和維持中起著關鍵作用。且EGCG可以誘導激活PEBP1，進而PEBP1再通過失活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/NF-κB信號通路抑制HIV的轉錄促使HIV繼續(xù)潛伏。

牛至油是一種從唇形科植物牛至中提取的揮發(fā)油，具有抗菌、抗病毒和抗真菌活性[20]。Mediouni等[21]發(fā)現(xiàn)牛至油中的香芹酚及其同分異構體麝香草酚通過改變細胞膜上膽固醇含量，從而有效地抑制HIV病毒與靶細胞的融合，阻止病毒進入。HIV病毒對香芹酚耐藥出現(xiàn)的時間比臨床上使用的其他藥物要晚，且香芹酚與抗逆轉錄病毒藥物聯(lián)合時呈現(xiàn)相加作用。因此，牛至油、香芹酚和麝香草酚可能成為當前HIV治療的潛在補充藥物。

1.2 萜類化合物

萜類化合物可分為單萜、倍半萜、二萜及三萜類化合物。萜類化合物廣泛存在于自然界，有許多的生理活性(如祛痰、止咳、驅風、發(fā)汗、驅蟲、鎮(zhèn)痛)，萜類化合物中有許多有效的抗HIV成分，但作用機制尚未完全闡明。

暗羅屬是番荔枝科下的一個屬，為喬木或灌木植物。Yu等[22]從一種海南暗羅的根中分離得到了一些3,4-裂環(huán)-降碳的克羅烷型二萜化合物，測試了化合物polylauioid A(1)、polylauioid D(4)、polylauioid F(6)、polylauioid G(7)、polylauioid I(9)和polylauioid J(10)的抗HIV-1活性。研究發(fā)現(xiàn)這些化合物具有一定的抗HIV-1活性，EC50為12.00～36.00 μmol/L，且對C8166細胞無細胞毒作用，CC50>200.00 μmol/L。

瑞香科蕘花屬大約有70種植物，分布于東亞、馬來西亞、澳大利亞和夏威夷，約49種主要分布于中國大陸[23]。蕘花屬植物是tigliane型二萜類的重要來源，但研究報道并不多。目前從革葉蕘花中分離到一種tigliane型二萜、幾種guaiane型倍半萜，以及黃酮類和木質(zhì)素。Otsuki等[24]首次從革葉蕘花分離得到6種tigliane型二萜類化合物(1～6)，對新化合物wikstrocins A～C(1～3)進行結構解析并確定4～6分別為dapholosericin A、stelleracin E、stelleracin C。在MT-4細胞中評估了這6個化合物的抗HIV-1活性，發(fā)現(xiàn)活性與B環(huán)的結構有關?；衔飀apholosericin A(4)的抗HIV活性最強(IC50=3.80 nmol/L)，其次是化合物stelleracin C(6)(IC50=12.80 nmol/L)，化合物wikstrocin A(1)、wikstrocin B(2)、wikstrocin C(3)和stelleracin E(5)的IC50均高于164.00 nmol/L?；衔飀apholosericin A(4)與wikstrocin C(3)的區(qū)別僅在于C-12處苯甲酰基，表明C-12處苯甲酰基可能有利于抗HIV-1活性。

佛波醇是一種天然植物來源的tigliane型二萜，佛波酯是佛波醇的酯化衍生物。在過去20年，已分離得到248種以上的佛波酯，研究發(fā)現(xiàn)佛波酯具有調(diào)節(jié)蛋白激酶C、抗HIV等多種生物活性[25]。我們研究發(fā)現(xiàn)從大戟科云南葉輪木中分離得到一種新的佛波酯12-O-tricosanoylphorbol-20-acetate(簡稱Hop-8)對野生型HIV-1、HIV-2以及耐藥株在C8166和PBMC細胞的復制具有廣譜抑制作用且細胞毒性較低，EC50介于0.10～7.99 μmol/L。Hop-8能上調(diào)細胞中載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽樣3G蛋白(apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like3G，A3G)的表達，降低子代病毒的傳染性，這種新的抑制HIV復制機制可能為治療HIV提供一種新的策略[26]。

大戟科植物三籽桐種子游離的脂肪酸較高，是一種非食用生物柴油生產(chǎn)植物[27]。Lu等[28]從三籽桐的正丁醇提取物中分離得到6個新的(crotignoids L～Q)和2個已知的tigliane二萜類化合物，在MT-4細胞中測試了所有化合物對HIV-1HL4-3病毒的抑制作用，發(fā)現(xiàn)除了crotignoid Q外，其余7種tigliane二萜表現(xiàn)出潛在的抗HIV活性，IC50為0～4.03 μmol/L。

Daphnane型的二萜以反式稠合5/7/6碳環(huán)系統(tǒng)為特征，分布于百里香科和大戟科植物中。尼地嗎啉(gnidimacrin，GM)是從百里香科植物中分離的瑞香烷二萜，在皮摩爾濃度下以“激活-殺傷”的方式抑制HIV的復制及潛伏HIV的再激活[29]。盡管已證實GM具有良好的生物活性，但迄今為止從植物界中鑒定與其相關的大環(huán)瑞香素還相當有限。2020年，Otsuki等[30]從瑞香中分離得到GM(1)和3種大環(huán)瑞香素，即daphneodorins A～C(2～4)，通過光譜和物理化學分析對其結構進行解析。由于化合物daphneodorins A～C(2～4)與GM(1)的結構具有高度相似性，因此測定了其抗HIV活性，發(fā)現(xiàn)化合物daphneodorin A(2)和daphneodorin B(3)能顯著抑制HIV-1的復制，EC50分別為0.16 nmol/L和0.25 nmol/L。Daphneodorins A～C是一種新型的大環(huán)瑞香素，可對其進行結構修飾進一步提高抗HIV活性。

同年，Otsuki等[31]還從瑞香中提取到5種新化合物dphneodorins D～H(1、5、10、11、12)及7種已知的瑞香烷二萜類化合物，在MT-4細胞中評價了這些化合物的抗HIV活性。結果表明，化合物1～9顯示出顯著的抗HIV活性，EC50為1.50～7.70 nmol/L。化合物1～9比化合物10～12具有更強的抗HIV活性，表明9，13，14-正酯基序可能對抗HIV活性很重要。1～8之間的主要結構差異是鄰酯化脂肪鏈中雙鍵的數(shù)量和C-12?；糠值念愋?，然而，這些結構差異并未顯著影響化合物的抗HIV活性?；衔?和9顯示出相當?shù)目笻IV活性，因此可確定C-12和C-1′取代基的交換對抗HIV活性也幾乎沒有影響。

月腺大戟的提取物和純化產(chǎn)物具有抗癌、抗炎、抗病毒、抗菌等藥理效應[32]。Huang等[33]從月腺大戟的根中提取分離得到2個新的和14個已知的ingenane二萜，研究發(fā)現(xiàn)除了巨大戟醇外，其他ingenane二萜均顯示出較強的抗HIV活性，IC50為0.70～9.70 nmol/L且TI值介于96.00～20 264.00，表明長脂肪鏈取代基是提高ingenane二萜抗HIV活性所必需的。

1.3 生物堿類化合物

生物堿一般是指存在于生物體內(nèi)的一類含氮有機化合物。天然生物堿主要來源于植物界，在動物界和微生物界發(fā)現(xiàn)的生物堿較少。隨著對生物堿化學和生物活性的深入研究，發(fā)現(xiàn)了一些生物堿具有抗HIV活性。

茜草屬分為烏檀和東方烏檀，早期對烏檀的化學和藥理學研究表明其生物堿和三萜具有抗炎、抗菌和抗腫瘤活性[34]。Liu等[35]從烏檀的莖和葉中提取分離得到2種新的單萜吲哚生物堿(naucleaoffines A和B)和6種已知的生物堿。研究發(fā)現(xiàn)這些化合物能顯著抑制體外脂多糖誘導小鼠巨噬細胞系RAW 264.7細胞產(chǎn)生的一氧化氮，IC50值與氫化可的松相當。此外，這些化合物還顯示出顯著的抗HIV-1活性，EC50為0.06～2.08 μmol/L。

番荔枝科皂帽花屬植物喙果皂帽花用于治療瘧疾、風濕性骨痛等疾病[36]。Yu等[37]從喙果皂帽花的莖中分離得到3種新的阿樸芬型生物堿(dasymaroine A、3-methoxyoxoputerineN-oxide和dasymaroine B)以及9種類似物并評估了這些化合物對6種致病菌的效力，發(fā)現(xiàn)dasymaroine A對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有顯著的抑制作用，MIC值分別為1.20 μmol/L和2.50 μmol/L。同時，他們還測試了dasymaroine A等8個化合物的抗HIV活性，EC50為1.93～9.70 μmol/L。

1.4 木脂素類化合物

木脂素是2個苯丙烷骨架通過其中β，β′或8，8′-碳相連而形成的一類天然產(chǎn)物。木脂素類化合物具有抗癌、保肝、拮抗血小板活化因子和抗氧化等重要生理活性，然而木脂素的抗HIV活性在1990年才被發(fā)現(xiàn)。

爵床屬小駁骨具有抗炎、抗氧化、止痛等藥理作用[38]。Zhang等[39]對4 500多種植物提取物進行篩選，最終篩選出了小駁骨中的patentiflorin A具有抗HIV活性，IC50為24.00～37.00 nmol/L。研究發(fā)現(xiàn)無論是天然還是合成的patentiflorin A對M型和T型HIV-1分離株的抑制效果顯著，優(yōu)于齊多夫定。進一步研究HIV-1基因組R/U5和U5/gag轉錄本的表達，發(fā)現(xiàn)patentiflorin A是一種潛在的HIV-1逆轉錄抑制劑。重要的是，該化合物對HIV-1耐藥株也顯示出有效的抑制作用。此外，他們也從小駁骨中提取分離得到其他2種抗HIV化合物(justiprocumins A和B)[40]，證實它們是芳基萘木脂素糖苷，justiprocumin B具有廣譜的抗HIV活性，IC50為15.00～21.00 nmol/L。

1.5 黃酮類化合物

黃酮類化合物主要分為二氫黃酮(醇)類、黃酮(醇)類、異黃酮類、黃烷類、花青素類、查爾酮類等，它們具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性[41]。

三葉苷是一種自多穗柯(甜茶)植物提取的二氫查爾酮類天然甜味劑，具有抗高血糖、抗氧化、抗炎的功效[42]。Yin等[43]初步實驗表明根皮素通過抑制六螺旋束的形成具有較弱抗HIV活性，但細胞毒性高和溶解度低限制了其進一步的臨床應用研究。糖基化二氫查爾酮三葉苷具有與根皮素衍生物類似的化學結構，毒性低且溶解度較好。研究發(fā)現(xiàn)糖基化二氫查爾酮三葉苷特異性靶向跨膜蛋白gp41的N-末端重復序列(N-terminal heptad repeats，NHR)而具有廣譜的抗HIV-1活性，當與其他抗HIV藥物聯(lián)合使用時顯示出協(xié)同抗HIV-1活性。三葉苷作為一種小分子HIV-1進入抑制劑可能具有良好的研發(fā)潛力。

桑酮L(kuwanon L)是從植物黑桑中提取分離得到的天然產(chǎn)物，2006年首次從蒙桑的莖皮中首次分離得到[44]。Esposito等[45]將基于分子對接虛擬篩選應用于小型天然配體庫以識別新型變構整合酶抑制劑，從而篩選出化合物桑酮L。研究表明桑酮L能抑制HIV-1整合酶的催化活性以及整合酶與晶狀體上皮源性生長因子結合(IC50=22.00 μmol/L)，并促進和穩(wěn)定整合酶的多聚化形式。桑酮L在基于細胞的測定中能抑制HIV-1NL-4-3復制(EC50=1.90 μmol/L)，在最高測試濃度下顯示無細胞毒性作用(CC50>20.00 μmol/L)。Martini等[46]研究發(fā)現(xiàn)桑酮L實際上可以結合HIV-1整合酶和逆轉錄酶。天然化合物的多靶標作用功能或許有助于減少患者的給藥量、藥物毒副作用以及耐藥株的產(chǎn)生。

波羅蜜素可用于治療疔瘡癰癤膿腫、跌打損傷、食欲不振、肺熱咳嗽、十二指腸潰瘍等[47]。Fu等[48]首次從波羅蜜中分離純化得到5種新的(artocarheterones A～E)和7種已知的色原酮，體外研究發(fā)現(xiàn)這些化合物具有顯著的抗HIV活性，EC50為0.09～9.72 μmol/L，TI值介于184.00～23 740.00之間。

1.6 香豆素類化合物

香豆素類化合物是鄰羥基桂皮酸內(nèi)酯類成分的總稱。香豆素類衍生物具有較好的藥理活性，如抗癌、抗菌、抗氧化、抗病毒及其他活性。天然抗HIV活性香豆素類化合物主要作用于HIV逆轉錄酶、蛋白酶及整合酶，具有較好的開發(fā)價值。

Tao等[49]首次從?？撇_蜜屬植物波羅蜜中分離得到1種新的戊烯基香豆素(artoheteronin)以及6種已知類似物并闡明了新化合物的結構，體外研究發(fā)現(xiàn)這7個化合物有明顯的抗炎作用，同時也表現(xiàn)出顯著的抗HIV-1逆轉錄酶活性，EC50值為0.18～9.12 μmol/L。

鐵錢子屬人心果具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、抗糖尿病、止瀉、消炎、利尿、降血脂、降血糖、降膽固醇等生物活性。Liu等[50]首次從人心果中分離得到3種新的(manizapotins A～C)和7種已知的戊烯基香豆素。這些化合物除了對脂多糖誘導的小鼠巨噬細胞RAW 264.7產(chǎn)生一氧化氮有明顯的抑制作用外，也具有明顯的抗HIV-1逆轉錄酶活性，EC50值為0.12～8.69 μmol/L。

黃皮屬的幾種植物因其果實而聞名，其葉、莖、籽和根用于治療感冒、瘧疾、皮膚病、腹部疼痛及被蛇咬傷。Liu等[51]對黃皮莖進行植物化學研究，分離出3種新的(clauselenins A～C)以及9種已知的戊烯基香豆素。對這些化合物進行體外抗炎及抗HIV活性研究，發(fā)現(xiàn)其抗炎活性與氫化可的松相當并且對HIV-1逆轉錄酶具有較強的抑制作用，EC50值為0.17～9.08 μmol/L。

除以上幾類植物來源的天然化合物具有潛在的抗HIV活性外，研究發(fā)現(xiàn)一些其他類別的化合物(如肽類、醚類、苯丙素、多糖、木質(zhì)素-多糖等)在體外對HIV-1的復制也具有抑制作用?，F(xiàn)將近5年植物來源的具有抗HIV活性的天然化合物進行總結，詳見表1。

表1 植物來源的代表性抗HIV天然化合物

續(xù)表1(Continued Tab.1)

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2 總結與展望

從藥用植物等自然資源中提取的藥物發(fā)現(xiàn)先導化合物仍然是治療各種傳染病和非傳染病的選擇之一。在經(jīng)歷了1950—1960年的黃金時期后，天然產(chǎn)物藥物研發(fā)受制于生物活性測試、組合化學等技術，幾乎停滯。隨著近年來合成生物學的迅猛發(fā)展，給天然產(chǎn)物藥物研發(fā)帶來了新的機遇，推動了天然產(chǎn)物藥物開發(fā)進程。自2012年FDA首個批準的口服植物藥crofelemer上市以來，為天然產(chǎn)物來源的藥物開發(fā)帶來了巨大的動力。

近年來，科學家們從植物中提取分離得到許多新的化合物，但其中相當部分化合物對HIV病毒僅具有微弱的抑制作用并且治療指數(shù)不高，這給開發(fā)天然產(chǎn)物來源的抗HIV藥物帶來了一定的挑戰(zhàn)。植物來源的藥物具有多靶點、多環(huán)節(jié)、多途徑等作用特點，使其作用機制較為復雜。直至目前為止，仍有很多植物提取物的作用靶點尚未完全闡明。我們應該客觀地認識天然產(chǎn)物來源的化合物在HIV/AIDS治療中的潛力，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。結合現(xiàn)代科學技術，在有效化合物的結構基礎上，對其進行結構修飾，以便獲得療效更佳的化合物。盡管在實現(xiàn)HIV功能性治愈還有很長的一段路要走，但是我們?nèi)詰摮浞掷锰烊划a(chǎn)物的優(yōu)勢，探索研發(fā)安全有效的治療藥物。