APSB | 北京大学叶敏团队蛋白组学揭示甘草活性成分夏佛塔苷抑制病毒及抗炎作用

景杰生物 | 报道

2019年底以来，新型冠状病毒SARS-CoV-2引发的新冠肺炎 (COVID-19) 导致了全球公共卫生危机。截至2022年6月，COVID-19已造成630多万人死亡。不断出现的新突变株，因潜伏时间短、传播速度更快，降低了疫苗的保护效果。因此，抗新冠肺炎药物的研究迫在眉睫。

中药可以改善COVID-19的临床症状，降低院内死亡风险，在中国被广泛用于预防和治疗COVID-19。然而，到目前为止，只有少数生物活性植物化学物质从中草药中被发现。夏佛塔苷 (Schaftoside) 是一种流行的天然产物，存在于来自39科的至少184种高等植物中，包括甘草和青蒿等药草，它们是许多治疗COVID-19的中药配方的组成部分。

2022年8月9日，北京大学叶敏教授团队在药学顶刊Acta Pharmaceutica Sinica B (IF=14.903) 在线发表了题为“Schaftoside inhibits 3CLpro and PLpro of SARS-CoV-2 virus and regulates immune response and inflammation of host cells for the treatment of COVID-19” 的连续性成果，研究运用蛋白组学技术，揭示了甘草中存在的天然小分子化合物夏佛塔苷可通过抑制病毒和调节免疫防治新冠病毒肺炎。景杰生物为该研究提供了蛋白质组学分析技术支持。

研究团队首先对12种广泛用于治疗新冠病毒肺炎的中药进行了抗新冠病毒主蛋白酶和木瓜样蛋白酶的活性检测。发现甘草显示出了较强的抗新冠病毒3CLpro和PLpro活性。进一步对甘草中125个单体成分进行筛选，发现了能够同时抑制新冠病毒主蛋白酶 (3CLpro) 和木瓜样蛋白酶 (PLpro) 的双靶点抑制剂——夏佛塔苷(图1)。在细胞实验中 (Vero E6)，夏佛塔苷抑制新冠病毒的EC50为11.83 μM，且无显著毒性 (CC50> 200 M)。

图1 夏佛塔苷抗新冠病毒主蛋白酶和木瓜样蛋白酶且在细胞水平抑制新冠病毒

为了阐明夏佛塔苷与新冠病毒3CLpro和PLpro的结合机制，研究团队进一步运用氢氘交换质谱检测、经典力学和量子力学的QM/MM组合方法、定点突变结合活性检测等方法研究了夏佛塔苷与新冠病毒3CLpro和PLpro的结合位点 (图2)。

图2 夏佛塔苷与新冠病毒3CLpro和PLpro的结合机制

同时，团队通过蛋白组学检测夏佛塔苷加药前后新冠病毒感染宿主细胞的蛋白差异，研究了夏佛塔苷抑制病毒后对于宿主细胞的影响，证明了夏佛塔苷具有免疫调节作用(图3)。此外，研究揭示了夏佛塔苷通过下调白细胞出游蛋白或可调节细胞因子，其抗炎活性在急性肺炎小鼠模型上得到证实。夏佛塔苷对于急性肺炎小鼠的肺部损伤有明显的缓解作用，同时炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α在血浆和肺组织均显著下调。

图3 夏佛塔苷的免疫调节作用

综上所述，该报道通过“虚拟筛选—蛋白水平筛选—病毒水平筛选”的筛选策略，在甘草里发现了新冠病毒3CLpro和PLpro双靶点抑制剂夏佛塔苷。后运用蛋白组学揭示了夏佛塔苷具有调节免疫与炎症的作用，推测夏佛塔苷可能对新冠肺炎具有治疗作用。值得一提的是，夏佛塔苷在自然界多种植物 (包括水稻、玉米) 中普遍存在，且含量丰富，使得获取夏佛塔苷具有较高的可行性和便捷性。同时，叶敏教授课题组在前期的研究中解析了夏佛塔苷的生物合成途径，使夏佛塔苷的高效生物合成成为可能。

图4 夏佛塔苷抑制病毒和调节免疫防治新冠病毒肺炎图解

北京大学药学院博士后易阳、博士生张梦等为本论文的共同第一作者。北京大学药学院叶敏教授、乔雪研究员等为论文的共同通讯作者。北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室仪器平台的李文哲、王静、师晓萌、马雯等提供了重要的技术支持。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目的资助。

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参考文献

1. Yang Yi, et al. 2022. Schaftoside inhibits 3CLpro and PLpro of SARS-CoV-2 virus and regulates immune response and inflammation of host cells for the treatment of COVID-19. Acta Pharma Sin B.