姜黃素調(diào)控腸道菌群及抗病毒作用研究進展

卓儒浩，柳清揚，鐘 翔*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，南京 210095； 2.南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，南京 210095)

作為腸道微生物屏障中的關(guān)鍵組成部分，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)宿主腸道免疫系統(tǒng)和維持腸道穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用。然而，在現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)中，由于抗菌藥物的不規(guī)范使用及管理不當極易導致畜禽腸道菌群多樣性降低、易位和紊亂[1]，增加了病原微生物感染的可能性，進而引發(fā)畜禽腹瀉。傳統(tǒng)上，抗生素往往被用于治療腸道菌群失調(diào)引發(fā)的疾病，但濫用抗生素會導致藥物殘留、耐藥致病菌產(chǎn)生和腸道益生菌減少，目前已經(jīng)被禁止在飼料中添加使用。因此，開發(fā)綠色、安全、高效的飼料添加劑成為了發(fā)展高效優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)的當務(wù)之急。

作為天然的植物提取物，姜黃素是從姜科植物姜黃的根莖中提取的一種酸性多酚類化合物，具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎癥、抗細菌和抗病毒等多種免疫調(diào)節(jié)特性，已被廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、制藥和飼料加工等領(lǐng)域[2-4]。目前，姜黃素因其廣譜的抗病毒作用和巨大的治療潛力，正受廣泛關(guān)注。值得注意的是，姜黃素被證實可通過改變腸道菌群的組成和數(shù)量來幫助動物抵御某些疾病，改變動物生理狀況，促進動物機體健康[5]。此外，近年來越來越多的研究表明，姜黃素在多種人類和畜禽致病病毒感染中發(fā)揮了強大的抵御或滅活作用[6]。同時多項研究表明，姜黃素具有抵抗新冠病毒侵染的潛力[7-8]，提示姜黃素具有開發(fā)成為新型特異性抗病毒藥物的巨大潛力。因此，本文重點探討了姜黃素在調(diào)控腸道菌群以及抗病毒方面的作用機制，以期為開發(fā)基于姜黃素的新型飼料添加劑和抗病毒藥物提供理論依據(jù)。

1 姜黃素的理化特性

姜黃素是一種親脂性多酚，是姜黃經(jīng)溶劑萃取和結(jié)晶純化提取后得到的產(chǎn)品，化學結(jié)構(gòu)式為C21H20O6，相對分子質(zhì)量為368.37，熔點為183 ℃，呈黃色結(jié)晶狀。姜黃素難溶于水，但易溶于丙酮、二甲亞砜和乙醇等有機溶劑[9]。從結(jié)構(gòu)上看，姜黃素分子是由α,β-不飽和羰基連接的兩個對稱相似的芳香環(huán)組成，并含有共軛雙鍵，可以作為有效的電子供體來阻礙氧化還原反應(yīng)中活性氧的產(chǎn)生[4,10](圖1)。此外，姜黃素具有良好的安全性和耐受性，甚至成年人在攝入高達12 g·d-1的劑量下也幾乎沒有任何毒性，美國食品和藥物管理局將其歸類為“公認為安全”級別[11-12]。然而，姜黃素具有的高度疏水性、不穩(wěn)定性和代謝速度快等特點造成機體吸收不良，導致姜黃素在體內(nèi)的系統(tǒng)生物利用度較低[2]。因此，提高姜黃素的生物學利用率會是將來的一個研究方向。

圖1 姜黃素的分子結(jié)構(gòu)

2 姜黃素的生物學功能

既往研究表明，姜黃素具有廣泛的生物學功能，包括抗氧化、抗炎癥、抗腫瘤等。氧化應(yīng)激是癌癥、糖尿病、心腦血管疾病、神經(jīng)細胞損傷、組織缺氧等多種疾病的誘因。作為天然的抗氧化介質(zhì)，姜黃素能有效地清除細胞內(nèi)的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)，并通過調(diào)節(jié)谷胱甘肽(GSH)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物岐化酶(SOD)的活性來抑制氧化應(yīng)激[13]。最近，姜黃素被報道能緩解大鼠肝組織的氧化損傷[14]。機制上，姜黃素的抗氧化作用主要歸因于其對Keap1-Nrf2通路的調(diào)控[15]。同時，姜黃素還具有下調(diào)細胞炎癥因子水平從而緩解機體炎癥的作用。Valizadeh等[16]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能顯著降低新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)患者血清中促炎因子IL-1β和IL-6的表達水平。此外，姜黃素對NF-κB通路的抑制可進一步抑制促炎因子的轉(zhuǎn)錄和前轉(zhuǎn)移酶的表達[17]。值得注意的是，姜黃素被證實通過參與血管生成、突變、細胞周期調(diào)控、細胞凋亡以及腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移等多種途徑發(fā)揮抗腫瘤作用[13]。Chang等[18]研究表明，腫瘤內(nèi)注射姜黃素能在一定程度上抑制腫瘤生長，降低腫瘤微血管密度。近年來，姜黃素與微生物的互作和抗病毒功能已逐漸成為新興研究熱點，因此,后文將重點探討姜黃素在腸道菌群和抗病毒方面的作用機制。

3 姜黃素與腸道菌群的相互作用

眾所周知，腸道菌群通過合成維生素、協(xié)助消化和緩解應(yīng)激等來保障宿主健康，特別是在代謝方面。雖然姜黃素攝入后在血漿和組織中的系統(tǒng)生物利用度低，但有趣的是，口服后在腸道內(nèi)檢測到高度積累的姜黃素[19]，這表明姜黃素在體內(nèi)的主要作用場所是腸道，或許直接與腸道菌群產(chǎn)生相互作用。此外，先前的研究已經(jīng)證實姜黃素能改善腸黏膜完整性，調(diào)節(jié)腸道屏障[20]。因此，姜黃素與腸道菌群之間的作用機制或許能解釋姜黃素在體內(nèi)較低的系統(tǒng)生物利用度與發(fā)揮廣泛的生物學活性之間的矛盾，這將是一個富有吸引力的新興研究領(lǐng)域。

3.1 姜黃素對腸道菌群的調(diào)控

近年來，越來越多的證據(jù)顯示，姜黃素通過改變腸道菌群的多樣性和抑制致病菌增殖在腸道水平發(fā)揮正向調(diào)控作用。在一項針對阿爾茲海默病(Alzheimer’s disease, AD)的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，姜黃素能直接影響APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD小鼠腸道菌群的相對豐度和多樣性[21]。在連續(xù)口服3個月高劑量(200 mg·kg-1)姜黃素后，小鼠腸道菌群的多樣性呈現(xiàn)增加的趨勢。同時普雷沃氏菌科、擬桿菌、大腸桿菌和志賀菌等被報道與AD發(fā)展相關(guān)的關(guān)鍵細菌種屬的相對豐度顯著降低[21]，提示姜黃素對腸道菌群的調(diào)控可能間接有助于AD的治療與恢復。此外，Zhang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可直接影響去卵巢大鼠腸道菌群的分布與數(shù)量。切除卵巢后引起的雌激素缺乏可導致大鼠體重顯著增加并改變其腸道菌群分布和結(jié)構(gòu)，而姜黃素能顯著降低去卵巢大鼠的體重。進一步研究發(fā)現(xiàn)，添加姜黃素顯著改變了去卵巢大鼠腸道內(nèi)沙雷氏菌、厭氧棍狀菌、希瓦氏菌、假單胞菌、乳頭桿菌、微小桿菌和幽門螺桿菌等7種細菌種屬的數(shù)量[22]。因此，姜黃素可能通過部分逆轉(zhuǎn)切除卵巢后因雌激素缺乏引起的腸道菌群多樣性的改變，從而預防去卵巢動物體重的增加。在連續(xù)口服15 d 100 mg·kg-1姜黃素后，野生型小鼠腸道菌群的豐富度和多樣性呈現(xiàn)降低的趨勢[23]。研究人員發(fā)現(xiàn)，姜黃素顯著降低了小鼠腸道內(nèi)普雷沃氏菌科的相對豐度，但顯著提高了擬桿菌科和理研菌科的相對豐度[23]。類似地，還有研究表明，姜黃素可抑制斷奶仔豬腸道內(nèi)大腸桿菌、腸球菌和梭狀芽胞桿菌等致病菌的增殖，提高乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌的相對豐度[5]。機制上，姜黃素通過增加腸道菌群的多樣性，改變腸道致病菌和益生菌的比例，進而下調(diào)腸道內(nèi)TLR4的表達水平，抑制炎癥因子IL-1β和TNF-α的分泌，最終緩解斷奶應(yīng)激導致的腸道炎癥。

在部分疾病動物模型上的研究揭示了姜黃素可作為一種安全有效的新治療策略，特別是在調(diào)控畜禽腸道菌群方面。Xun等[24]發(fā)現(xiàn)，向口服腸毒素大腸桿菌的斷奶仔豬日糧中添加300 mg·kg-1姜黃素可以抑制大腸桿菌誘導的炎癥因子IL-1β的產(chǎn)生，同時促進機體免疫球蛋白sIgA的分泌。這可能與姜黃素抑制病原體侵襲時回腸中巨噬細胞的數(shù)量與功能活性有關(guān)。最近，Zhai等[25]報道了姜黃素對赭曲霉毒素A(OTA)誘導的肝氧化損傷的影響。以北京鴨為動物模型，研究發(fā)現(xiàn)，OTA可顯著改變盲腸內(nèi)擬桿菌和產(chǎn)丁酸菌的相對豐度，而添加姜黃素可恢復OTA引起的腸道菌群組成和代謝的紊亂。因此，研究人員推測，姜黃素可能通過調(diào)節(jié)腸道菌群來減輕OTA誘導的肝氧化損傷[25]。作為一種食源性病原體，鼠傷寒沙門菌感染可影響肉雞的生產(chǎn)性能，甚至導致較高的死亡率。在一項鼠傷寒沙門菌感染的肉雞模型中，姜黃素被證實抑制了鼠傷寒沙門菌在腸道內(nèi)的定植[26]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素顯著提高了盲腸內(nèi)梭狀芽胞桿菌、糞桿菌和腸球菌的相對豐度，增加了腸道菌群的多樣性。該研究提示，姜黃素抑制鼠傷寒沙門菌感染并維持腸道穩(wěn)態(tài)的治療作用或許也是通過調(diào)控腸道菌群實現(xiàn)的。此外，針對非酒精性脂肪肝(NAFLD)的研究表明，高脂日糧誘導的NAFLD大鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)顯著改變，但姜黃素治療可部分逆轉(zhuǎn)這一改變[27]。值得注意的是，研究證實姜黃素選擇性地調(diào)節(jié)特定的細菌種屬，顯著提高了包括乳酸桿菌和7種產(chǎn)短鏈脂肪酸菌在內(nèi)的與減輕肝組織重量和改善腸黏膜完整性相關(guān)的關(guān)鍵細菌的相對豐度，同時導致瘤胃球菌和糞球菌等與肥胖和糖尿病發(fā)展相關(guān)的細菌數(shù)量減少[27]。由此可見，姜黃素可能以腸道菌群作為主要調(diào)控靶點，治療NAFLD誘導的肝脂肪變性。支持這一推論的是，姜黃素直接作用于腸道菌群，顯著提高了產(chǎn)短鏈脂肪酸菌的相對豐度，并隨著糞便丁酸水平的升高，最終抑制了結(jié)腸炎的發(fā)展[28]。

除了改變動物腸道菌群的結(jié)構(gòu)與分布，最近一項雙盲、隨機、安慰劑對照的臨床試點試驗揭示了姜黃素對人類腸道菌群的直接影響。根據(jù)Peterson等[29]的試驗數(shù)據(jù)，在安慰劑組中，細菌種類減少了15%，而服用姜黃素后細菌種類呈現(xiàn)高達69%的增加。盡管不同受試者的腸道菌群對姜黃素治療的反應(yīng)不一致，但對治療有反應(yīng)的受試者體內(nèi)梭狀芽胞桿菌、擬桿菌、檸檬酸桿菌、克羅諾桿菌、腸桿菌、腸球菌、克雷伯氏菌、副擬桿菌和假單胞菌的數(shù)量均呈現(xiàn)一致的增長，同時幾種布魯菌和大多數(shù)瘤胃球菌的相對豐度降低[29]。然而，另一項人體試驗結(jié)果表明，姜黃素治療雖然改善了消化不良患者的胃腸道癥狀和焦慮水平，但與胃腸道疾病發(fā)展相關(guān)的幾種腸道細菌并未受到顯著影響[30]。盡管這些臨床試驗結(jié)果存在爭議，但它們確實強調(diào)了探究姜黃素潛在療效的臨床干預研究的復雜性。因此，未來的研究需要進一步闡明姜黃素的具體作用機制，特別是在劑量和治療時間方面。

綜上所述，姜黃素對腸道菌群的直接調(diào)控作用主要體現(xiàn)在改變腸道菌群的組成和數(shù)量方面。通過選擇性地改變致病菌和益生菌的相對豐度從而緩解宿主的各類疾病或許是姜黃素發(fā)揮其廣泛藥理特性的潛在機制。

3.2 腸道菌群對姜黃素的影響

鑒于廣泛參與宿主體內(nèi)多種營養(yǎng)代謝反應(yīng)并可產(chǎn)生大量微生物酶進行代謝，腸道菌群實際上可以被認為是宿主腸道內(nèi)一種高效的生物反應(yīng)器[4]。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群在姜黃素的代謝與轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，證實了腸道菌群與姜黃素之間存在雙向作用。事實上，除了通過腸上皮細胞或肝細胞產(chǎn)生的酶，姜黃素還可以通過腸道菌群產(chǎn)生的酶進行代謝與轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生一系列具有生物活性的化合物[31]。至少有6種腸道細菌可以代謝姜黃素，包括假小鏈雙歧桿菌、長雙歧桿菌、糞腸球菌、大腸桿菌、干酪乳酸桿菌和嗜酸乳酸桿菌等[32]。其中，大腸桿菌具有最高的姜黃素代謝活性。機制上，大腸桿菌產(chǎn)生的姜黃素/二氫姜黃素還原酶在NADPH的輔助下先將姜黃素還原為二氫姜黃素，再以相同原理將二氫姜黃素轉(zhuǎn)化為四氫姜黃素[33]。此外，Lou等[34]應(yīng)用超高效液相色譜結(jié)合四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，在體外探討了人類腸道菌群對姜黃素的影響。令人驚訝的是，姜黃素被腸道菌群廣泛轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的姜黃素代謝產(chǎn)物高達23種。對這些代謝產(chǎn)物進一步鑒定分析，發(fā)現(xiàn)去甲氧基化、還原、羥基化、去甲基化和乙?；悄c道菌群代謝姜黃素的主要途徑[34]。類似地，研究人員從小鼠糞便中分離得到的1株芽孢桿菌DCMB-002能通過還原、羥基化、去甲基化和去甲氧基化等途徑轉(zhuǎn)化姜黃素，并產(chǎn)生了7種具有適度抗氧化活性的代謝產(chǎn)物，其中6種為首次報道[35]。

姜黃素在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化的過程主要分為兩個階段[11, 36]。在第一階段，腸道菌群將姜黃素轉(zhuǎn)化為3種代謝產(chǎn)物，分別是四氫姜黃素、六氫姜黃素和八氫姜黃素；在第二階段，姜黃素通過與第一階段的代謝產(chǎn)物共軛耦合，最終轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的能與葡萄糖苷酸和O-硫酸鹽共軛耦合的代謝產(chǎn)物。同時，腸道菌群可以解耦第二階段的無活性代謝產(chǎn)物，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的第一階段活性代謝產(chǎn)物以及阿魏酸等部分裂變產(chǎn)物[36]。葡萄糖苷酸化是姜黃素及其代謝產(chǎn)物的主要共軛途徑，而六氫姜黃素葡萄糖苷酸通常作為姜黃素在體液、器官和細胞中的主要代謝產(chǎn)物[36]。大量研究表明，姜黃素的代謝產(chǎn)物具有類似甚至優(yōu)于姜黃素的生物活性和效力。作為重要的姜黃素代謝產(chǎn)物，四氫姜黃素已被證實通過調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥和降低氧化應(yīng)激來預防和治療神經(jīng)退行性疾病，并具有抗癌特性[37]。此外，腸道菌群轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的去甲基姜黃素、去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素等多種姜黃素代謝產(chǎn)物已經(jīng)表現(xiàn)出顯著的神經(jīng)保護作用[21]。重要的是，相比于姜黃素自身，這些代謝產(chǎn)物具有更高的生物利用度[38]，可能有助于增強姜黃素的臨床療效。因此，理應(yīng)將這些代謝和降解產(chǎn)物考慮為姜黃素發(fā)揮其藥理活性的主要介質(zhì)。

總之，目前的研究清楚地闡明了腸道菌群對姜黃素的轉(zhuǎn)化與代謝具有深遠的影響。更重要的是，這種影響是產(chǎn)生姜黃素活性代謝產(chǎn)物的關(guān)鍵。姜黃素在體內(nèi)發(fā)揮的多種生物學活性可能與腸道菌群促進其代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生密切相關(guān)。然而，需要考慮的是，姜黃素的代謝依賴于個體的腸道菌群，個體的差異性將影響姜黃素的有益作用。因此，未來的研究需要深入探討腸道菌群代謝姜黃素的具體機制，以獲得更多具有醫(yī)學參考價值的姜黃素代謝產(chǎn)物。

4 姜黃素的抗病毒作用

事實上，由各類病毒感染引發(fā)的病毒性疾病一直是危害全球人類和畜禽健康的重要因素。然而，當前針對大多數(shù)病毒性疾病的治療策略缺乏穩(wěn)定的持久性和高效性[6]。同時，鑒于病原對現(xiàn)有藥物耐藥性的出現(xiàn)和部分治療方法成本昂貴，尋找和開發(fā)新型抗病毒藥物成為目前醫(yī)藥領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。近年來，越來越多的證據(jù)指出，天然化合物是新型抗病毒藥物的可持續(xù)來源。姜黃素作為一種植物來源的化合物，由于具有多種藥用特性，在亞洲傳統(tǒng)醫(yī)學中已被廣泛應(yīng)用于皮膚病、感染、肝病和抑郁癥等疾病的治療[11]。自上個世紀姜黃素被發(fā)現(xiàn)具有抗病毒活性以來，已有大量研究報道了姜黃素在抵抗不同病毒科的病毒感染中發(fā)揮的關(guān)鍵作用(圖2)。在此，本文重點關(guān)注姜黃素的抗病毒作用及其相關(guān)機制。

圖2 姜黃素抗病毒研究進展

4.1 直接抗病毒作用

4.1.1 抑制病毒吸附 眾所周知，病毒感染宿主細胞的過程主要分為吸附、侵入、復制和釋放這4個階段。近年來，越來越多的試驗指出，姜黃素在病毒感染的早期通過抑制包膜病毒對宿主細胞的吸附發(fā)揮抗病毒作用。Mounce等[39]研究發(fā)現(xiàn)，當姜黃素及其衍生物與寨卡病毒(ZIKV)、基孔肯雅病毒(CHIKV)和水皰性口炎病毒(VSV)等包膜病毒直接孵育時，病毒與細胞表面結(jié)合的能力被削弱，感染性喪失。令人驚訝的是，姜黃素沒有直接降解病毒RNA，也沒有破壞病毒顆粒。除了抗人類病毒，最近兩項針對豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV)和豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)的體外試驗表明，姜黃素同樣能顯著抑制家畜病毒對宿主細胞的吸附，不僅降低了病毒顆粒的感染性，還抑制了病毒介導的細胞融合[40-41]。機制上，姜黃素的抑制作用可能歸因于改變這些病毒包膜的流動性，而不是滅活病毒顆粒。支持這一推論的是，姜黃素含有的α,β-不飽和酮已經(jīng)被報道能影響病毒包膜的流動性，從而破壞其與細胞膜的結(jié)合和融合[42]。此外，膜流動性的改變可能導致病毒結(jié)合細胞所必需的病毒糖蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變[39]。盡管現(xiàn)有的數(shù)據(jù)提示了姜黃素成為一種有效預防包膜病毒感染藥物的可能性正在增加，但仍需要進一步的臨床試驗來評估姜黃素在體內(nèi)的治療能力。

4.1.2 抑制病毒復制 作為逆轉(zhuǎn)錄病毒科的成員，人類免疫缺陷病毒(HIV)感染所引起的艾滋病一直是困擾全球公共衛(wèi)生的重大問題之一。迄今為止，國際社會仍然缺乏針對HIV安全有效的疫苗或治療手段。令人驚訝的是，姜黃素在抑制HIV感染方面表現(xiàn)出獨特的潛力。通過直接靶向病毒整合酶、蛋白酶和反式轉(zhuǎn)錄激活因子(Tat)等關(guān)鍵蛋白，姜黃素能在HIV生命周期的不同階段抑制病毒復制[43]。機制上，姜黃素通過與蛋白催化核心區(qū)域的酸性殘基結(jié)合抑制病毒整合酶的功能[44]。此外，姜黃素被報道誘導了HIV Tat蛋白的降解，并高效地抑制了Tat誘導的病毒長末端重復序列的反式激活[45]。姜黃素對蛋白激酶C-δ的抑制還在一定程度上抑制了腸病毒71型(EV71)在感染前期的蛋白表達和基因組復制，但并未影響病毒吸附和進入細胞[46]。類似的，姜黃素被報道抑制了EB病毒(EBV)關(guān)鍵蛋白EBNA1轉(zhuǎn)錄啟動子Qp的活性，并在體內(nèi)和體外通過蛋白酶體-泛素途徑降低了EBNA1的表達，從而顯著抑制了EBV感染后的病毒復制[47]。在抗畜禽病毒方面，Gao等[48]發(fā)現(xiàn)，姜黃素能以劑量依賴性的方式抑制豬瘟病毒(CSFV)的復制，但對病毒的吸附和侵入沒有影響。而體外研究證實，20 μmol·L-1姜黃素顯著抑制了豬輪狀病毒(PoRV)的復制與增殖，降低了病毒滴度，并扭轉(zhuǎn)了因病毒感染而失調(diào)的細胞免疫相關(guān)因子水平[49]。不僅如此，馮春等[50]研究顯示，姜黃素能抑制馬立克病病毒(MDV)的復制和增殖，提示姜黃素還具有抵御家禽病毒感染的作用。

4.2 間接抗病毒作用

4.2.1 調(diào)控宿主相關(guān)蛋白 對人類乳頭瘤病毒(HPV)感染的研究顯示，HPV癌蛋白E6和E7能與p53和pRb等腫瘤抑制蛋白形成復合物從而降解腫瘤抑制蛋白[51]，而姜黃素被報道能通過恢復腫瘤抑制蛋白的水平及其他抑制因子來限制HPV感染及宮頸癌的發(fā)展[52]。Mamgain等[53]利用分子對接技術(shù)，在硅建模中發(fā)現(xiàn)姜黃素與E6的p53相互作用位點結(jié)合，阻止其與p53結(jié)合，從而阻斷腫瘤抑制蛋白的降解。體外試驗表明，姜黃素顯著下調(diào)了E6和E7的水平，恢復了腫瘤抑制蛋白p53、pRb和PTPN13的表達，從而抑制了HPV感染[54]。此外，含有姜黃素的乳膏和膠囊已被開發(fā)并局部應(yīng)用于宮頸，且臨床研究證實其對健康女性無毒性作用[55-56]。重要的是，這類姜黃素制劑確實抑制了HPV陽性細胞和宮頸腫瘤的生長，并提高了HPV清除率，展現(xiàn)了姜黃素在預防和抵抗HPV感染方面的巨大潛力。

迄今為止，皰疹病毒科的病毒感染在全球具有非常高的致病率，尚無有效治療方法。近年的一些研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素在體內(nèi)外通過顯著降低病毒即時早期基因的表達抑制了單純皰疹病毒Ⅰ/Ⅱ型(HSV-1/2)和人類巨細胞病毒等皰疹病毒科成員的傳染性，這或許也與姜黃素下調(diào)細胞內(nèi)熱休克蛋白90的水平密切相關(guān)[57-59]。此外，姜黃素預處理人類生殖上皮細胞可減少HSV-2感染后病毒顆粒的釋放，提示該天然物質(zhì)可能有助于阻斷性疾病的傳播[60]。

4.2.2 激活宿主相關(guān)信號通路 除了靶向感染后宿主關(guān)鍵蛋白的表達，研究人員還觀察到姜黃素通過調(diào)控宿主細胞的重要信號通路發(fā)揮抗病毒作用。最近，姜黃素被證實通過激活宿主細胞Nrf2-HO-1信號通路，刺激多種抗氧化酶的產(chǎn)生，進而抑制了甲型流感病毒(IAV)誘導的氧化應(yīng)激[61]。令人驚訝的是，進一步研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能抑制被IAV激活的宿主細胞TLR2/4、p38/JNK MAPK和NF-κB通路，可能同時抑制病毒復制和病毒誘導的炎癥反應(yīng)，這與Hesari等[62]報道的姜黃素抑制乙型肝炎病毒(HBV)的作用機制類似。不僅如此，激活Nrf2-HO-1通路還可以增加Ⅰ型干擾素IFN-β的產(chǎn)生，進而抑制IAV的復制，并最終改善病毒感染導致的急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征[61]。此外，Yang等[63]以大鼠為模型探討了姜黃素對偽狂犬病病毒(PRV)的抑制作用。PRV感染可造成宿主的海馬神經(jīng)元氧化損傷，激活線粒體凋亡通路，導致線粒體功能障礙。研究表明，10 μmol·L-1姜黃素能提高感染PRV后海馬神經(jīng)元的活性，通過上調(diào)宿主BDNF/TrkB通路抑制PRV對宿主神經(jīng)元和線粒體的破壞，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用[63]。

4.3 潛在抗新型冠狀病毒能力

自2019年底至今，由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(SARS-CoV-2)感染引發(fā)的COVID-19疫情仍在全球范圍內(nèi)持續(xù)流行，已在全社會造成了不可估量的損失。目前，針對COVID-19的多種疫苗已被研發(fā)并正在進行臨床應(yīng)用，但由于疫苗效價和病毒變異的不穩(wěn)定性，仍迫切需要尋找并開發(fā)更多具有相關(guān)治療潛力的藥物。

近年來累積的證據(jù)顯示，姜黃素在抵御其他相關(guān)冠狀病毒和呼吸道病毒感染中展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，提示該天然化合物可能作為一種治療COVID-19的潛在選擇。一般來說，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)與病毒刺突蛋白的結(jié)合是冠狀病毒進入宿主細胞的經(jīng)典途徑[64]。有趣的是，最近的模擬研究預測，姜黃素能與ACE2相互作用從而阻斷其與刺突蛋白的結(jié)合，進而阻止病毒對靶細胞的識別和侵入[7]。值得注意的是，Marín-Palma等[8]證實，姜黃素在體外具有抗SARS-CoV-2活性。在SARS-CoV-2 D614G毒株感染的早期和復制階段，姜黃素均表現(xiàn)出顯著的抑制作用。機制上，考慮到姜黃素較低的結(jié)合能力和抑制常數(shù)，一方面姜黃素可能通過直接與宿主細胞因子或病毒蛋白相互作用從而阻止靶細胞的識別，另一方面姜黃素可能直接滅活參與病毒和宿主膜融合的酶從而阻止病毒的侵入[8]。不僅如此，針對SARS-CoV-2 Delta突變株的研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素同樣顯著降低了病毒的滴度，表明姜黃素的抗SARS-CoV-2活性不依賴于SARS-CoV-2毒株類型[8]。此外，姜黃素具有調(diào)節(jié)炎癥因子的表達進而改變宿主炎癥狀態(tài)的能力，可以防止細胞因子風暴的發(fā)生，有助于改善COVID-19患者的疾病進展[65]。事實上，與SARS-CoV-2感染及隨后的病理變化相關(guān)的宿主細胞分子靶點和信號通路大都受到姜黃素靶向調(diào)控[66]。因此推測，姜黃素具有預防和抑制SARS-CoV-2感染的能力，可以調(diào)節(jié)與導致COVID-19病理后果相關(guān)的分子級聯(lián)反應(yīng)來減緩疾病進展，從而在COVID-19相關(guān)治療策略中占據(jù)優(yōu)勢地位。

綜上，姜黃素通過直接靶向病毒關(guān)鍵成分或影響細胞代謝通路來介導強大的抗病毒效果(表1)。姜黃素對病毒的多效性作用源于其與多種分子靶點的相互作用，進而觸發(fā)宿主體內(nèi)與病毒感染相關(guān)的免疫或炎癥信號通路。此外，姜黃素對細胞間信號級聯(lián)的調(diào)節(jié)在一定程度上干擾了病毒的生命周期，限制了病毒的吸附和復制[66]。然而，目前的研究依然集中于分析姜黃素的系統(tǒng)應(yīng)用，關(guān)于姜黃素在感染性疾病臨床試驗中的作用仍然不足。今后的臨床研究需要進一步證明姜黃素在體外被觀察到的效果是否適用于患者。

表1 姜黃素抗病毒機制

5 結(jié)語與展望

總之，姜黃素具有影響人類和畜禽腸道菌群多樣性、調(diào)控益生菌與致病菌比例以及抵御多種人類和畜禽病毒侵襲的功能。作為一種植物源性的天然產(chǎn)物，姜黃素還具有安全、廉價和來源廣泛的優(yōu)勢。如今在我國畜牧業(yè)飼料端全面禁止抗生素使用的背景下，姜黃素在代替抗生素成為新型綠色飼料添加劑的優(yōu)勢顯得更加明顯。此外，姜黃素能通過多種途徑激活畜禽免疫系統(tǒng)，提高畜禽抵抗力，緩解畜禽炎癥，保障動物健康，最終促進畜牧業(yè)降本增效。然而，關(guān)于姜黃素的科學研究與應(yīng)用仍存在諸多困惑。例如，姜黃素發(fā)揮抗病毒的作用機制和關(guān)鍵的靶點尚未完全清楚。近年來的研究表明，N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)RNA甲基化可調(diào)控病毒的生命周期，而本課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可影響仔豬腸道的m6A RNA甲基化修飾進而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[20]，由此推測，姜黃素可能通過m6A RNA甲基化發(fā)揮抗病毒作用。此外，姜黃素在機體的代謝迅速，生物利用率較低。未來需要通過加工工藝或者改性的方法來開發(fā)新的高效姜黃素產(chǎn)品，以促進姜黃素在畜禽飼料和獸藥領(lǐng)域更深入和廣泛的應(yīng)用?？傊?，在非洲豬瘟和禁抗時代背景下，姜黃素作為新型的綠色飼料添加劑將在我國構(gòu)建安全、高效和優(yōu)質(zhì)的養(yǎng)殖模式中發(fā)揮重要作用。