2021年11月29日 星期一

營養品和膳食補充劑在預防SARS-CoV-2 和COVID-19病毒性疾病方面的治療潛力:綜述

 

營養品和膳食補充劑在預防病毒性疾病方面的治療潛力:綜述

  • 1 創新與應用生物加工中心 (CIAB),Sector-81(知識城),印度莫哈利
  • 2 食品生物技術研究實驗室,食品工程與技術系,Sant Longowal 工程技術研究所 Longowal,印度 Longowal
  • 3 美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市明尼蘇達大學食品科學與營養系

如今,儘管取得了巨大的科學進步,但病毒性疾病仍然是全球發病率的主要原因,其傳播潛力正在上升,最終演變成大流行病。 營養可以在支持身體免疫系統和免疫系統細胞的最佳功能方面發揮重要作用。 

包括維生素、多營養素補充劑、功能性食品、營養食品和益生菌在內的健康飲食除了增強免疫系統外,還可以在對抗多種病毒入侵方面發揮關鍵作用。 鑑於當前的大流行,本綜述提供了有關基於飲食的科學建議、證據和全球案例研究的綜合信息,並特別關注病毒引起的呼吸道感染。 

在根據實驗室研究和人體研究審查營養保健品的免疫潛力後,得出的結論是,除了藥物治療外,營養保健品、維生素和功能性食品(蜂蜜、漿果等)等生物活性化合物具有經證實的抗病毒功效或單獨作為膳食補充劑,除了增強免疫系統外,還可以證明有助於治療一系列病毒引起的感染。 牛奶蛋白和肽也可以作為設計更有效的新型抗病毒藥物的佐劑。

介紹

病毒引起的感染和相關死亡率的急劇上升已經產生了對有效和安全的抗病毒藥物的需求。 由於耐藥途徑的出現、有限數量的靶點、病毒基因的快速進化以及 出現新病毒株,病毒的藥物開發具有挑戰性 通過 突變 。 世衛組織僅在 2019 年就報告了大約 22 次不同的病毒爆發。 

從新出現的病毒性疾病,如埃博拉病毒(烏干達共和國和剛果民主共和國)、漢坦病毒(巴拿馬共和國和阿根廷共和國)、寨卡病毒(法國)、中東呼吸綜合徵冠狀病毒(MERS- CoV)(在沙特阿拉伯王國、阿曼、阿拉伯聯合酋長國和卡塔爾)到麻疹等眾所周知的病毒性疾病(在馬達加斯加、歐洲地區、西太平洋地區、突尼斯、黎巴嫩和太平洋島國和地區)和登革熱(在牙買加、留尼汪、法國、巴基斯坦、蘇丹共和國、西班牙和阿富汗),病毒爆發的情況日益惡化。 

世衛組織表示,降低生物風險主要是利用目前對病毒性出血熱、人畜共患病和流行性正痘病毒的科學認識,制定控制、治療和緩解風險的方向。

這些病毒爆發不分來源。 對症治療和免疫增強是最有效的方法,因為沒有針對每種病毒性疾病的特定藥物。 儘管最近開發了各種新的抗病毒藥物,但目前的抗病毒治療仍然存在許多限制,例如有效性、安全性和高成本。 1 )。 

因此,在這種情況下,使用維生素、多種營養素、功能性食品、營養食品和益生元的非常規療法可以在對抗這種不斷上升的威脅方面發揮重要作用。 這些藥劑不僅具有殺病毒作用(抑制病毒複製和蛋白質合成),還可以增強自然免疫力,改善人體生理狀況(如補充穀胱甘肽(GSH)的數量和控制細胞中自由基的數量) )。 

因此,病毒在宿主體內復制變得困難,症狀的嚴重程度也降低,這可以導致低死亡率和快速恢復 ( 2 )。 天然藥物(如益生菌)可以直接附著在腸道中的病毒上,從而防止後者通過各種機制(空間位阻、受體特異性競爭/非競爭方式、其他化學物質的附著)附著在宿主細胞上。劑以防止結合等),除了引發主動免疫反應。 

各種天然藥物對冠狀病毒的抗病毒活性也可以通過調節免疫反應(巨噬細胞、樹突細胞等)、細胞毒性(抗病毒)化學物質和細胞(如一氧化氮-(NO-)自由基、 CD8+T淋巴細胞的細胞毒性T淋巴細胞,CD4+T淋巴細胞的T輔助細胞,吞噬作用的激活,B淋巴細胞的增殖等( 3 )。

隨著年齡的增長,由於胸腺萎縮,人體開始產生較少數量的 T 細胞,從而使個體容易受到致命感染。 因此,營養可以在協助免疫系統和優化細胞功能方面發揮重要作用,包括發揮身體免疫功能的細胞。 

營養食品有助於使食物功能化,並在與健康相關的方面促進將飲食作為日常營養的理念。 在本綜述中,簡要總結了營養素、營養食品、益生菌、乳蛋白和功能性食品在調節免疫反應和預防病毒感染/或減輕疾病嚴重程度方面的功效。 

在以下部分中,已經討論了生物活性化合物在病毒機制中的使用,特別是 SARS 和呼吸道病毒相關感染,這可能有助於促進預先乾預,無論是直接作為補充劑/營養豐富的食物,還是與藥物結合使用。 4 )。

病毒感染的營養補充劑

營養品具有抗病毒、抗炎和免疫調節作用,例如白藜蘆醇 ( 5 )、槲皮素 ( 6 )、薑黃素 ( 7 )、表沒食子兒茶素沒食子酸酯 (EGCG) ( 8 )、N-乙酰半胱氨酸 (NAC) ( 9 ) 和棕櫚酰乙醇酰胺(PEA)( 10 )(如 所示 表1 )。 這些營養食品對冠狀病毒組(如 SARS-CoV-2 和 COVID-19)的抗病毒活性主要基於它們的抗炎作用(抑制 NLRP3 炎症小體介導的 IL-β 產生和抑制促炎細胞因子)通過調節 COVID-19 主蛋白酶 (M 發揮其病毒複製抑制特性 pro ) ( 15 )。 病毒發病機制得到控制,並且這些藥物已經提供了症狀緩解。 圖 1 顯示了所選營養食品對病毒的作用模式的一般圖示。 以下各節討論了具有抗病毒潛力的各種營養品及其作用方式。

表格1
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表1 。 所選營養品的抗病毒特性和效果彙編。

圖1
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圖1 。 營養保健品和功能性食品預防病毒感染的效力。 通過在病毒入侵途徑的不同階段(Nsp15、SARS-CoV-2內切核糖核酸酶;6vsb、2019-nCoV尖峰糖蛋白;6lu7,SARS-CoV-2 主蛋白酶,ACE2,SARS-CoV-2 受體;EGCG,表沒食子兒茶素沒食子酸酯)。

白藜蘆醇

白藜蘆醇或 3,4',5-三羥基- 反式-二 苯乙烯是公認的植物抗毒素類營養品(通常在壓力或病原體攻擊等刺激存在下產生),是一種多酚二苯乙烯化合物,主要存在於來自精子的發酵產品中植物家族,如葡萄(紅酒)、桑葚和花生。 除了作為治療心血管疾病和癌症的有用化合物以及作為延長壽命的有希望的藥劑(通過清除超氧化物、羥基和脂質過氧化氫自由基)之外,它還具有廣譜的抗病毒作用, 在體外 體內 。 它的作用是減弱線粒體中超氧化物的產生並阻止花生四烯酸誘導的線粒體功能障礙。 

它還在多個水平上抑制病毒蛋白質的產生、基因表達和核酸合成 ( 5 )。 在對流感病毒、丙型肝炎病毒 (HCV)、呼吸道合胞病毒 (RSV)、水痘帶狀皰疹病毒、愛潑斯坦-巴爾病毒、單純皰疹病毒 (HSV)、HIV 等多種病毒進行測試時,白藜蘆醇的抗病毒特性已顯示出陽性結果, 和非洲豬瘟病毒,它們的細節已經總結在 表1 。 然而,在 HCV 和多發性硬化症 (MS) 的情況下,RSV 給藥後疾病進展惡化。 在 HCV 複製子系統 OR6 劑量依賴性添加白藜蘆醇 體外 顯著增強了 HCV RNA 複製。 類似地, 體內 與對照組相比,白藜蘆醇對 MS 病毒模型小鼠的 研究,稱為自身免疫性腦脊髓炎 (EAE),使小鼠的病情惡化 ( 10 , 11 , 15 )。

槲皮素

槲皮素在化學上屬於生物類黃酮類保健品(黃酮醇),廣泛存在於水果、蔬菜和茶中。 它具有廣泛的作用,例如信號通路調節、抗惡性腫瘤、抗病毒、抗炎和抗氧化。 槲皮素的抗病毒特性具有廣泛的性質,因為它可以有效對抗 DNA(例如,皰疹病毒)和 RNA(例如,冠狀病毒和流感)病毒。 

槲皮素可以抑制病毒 DNA 複製,還可以通過與轉錄後調節劑相關的信號通路相互作用來影響病毒後癒合。 一些研究表明,槲皮素與白藜蘆醇聯合可抑制鴨腸炎病毒和人偏肺病毒感染中促炎介質和趨化因子的分泌,從而最大限度地減少細胞氧化損傷 ( 6 )。 一項研究證明了槲皮素通過抑制 3 型副流感病毒 (Pf3) 的 DNA 複製來阻礙其複制週期的有效性 體外 ( 12 )。

薑黃素

薑黃素 (diferuloylmethane) 是一種多酚類的保健品,可以很容易地從薑黃 ( 的根莖中大量提取 Curcuma longa ) 。 薑黃已被用作印度和中國文明的傳統藥物。 近年來,薑黃素因其潛在的藥用效果而成為科學家們感興趣的化合物。 

它是一種高度多效性的分子,具有眾所周知的抗腫瘤、抗氧化、降血糖、傷口癒合、抗炎、抗病毒和抗感染特性,進一步的研究仍在進行中 ( 7 , 16 )。 分子對接方法表明薑黃素與靶受體結合,這些受體參與病毒感染機制,如刺突糖蛋白-RBD、PD-ACE2和SARS-CoV-2蛋白酶,從而阻斷病毒進入和出芽。 

該研究還表明,薑黃素可能會阻斷 ACE2(一種與 SARS-CoV-2 刺突糖蛋白結合的細胞受體)以抑制新型冠狀病毒進入細胞。 據說與姜黃素直接孵育會降低包膜病毒感染細胞的能力,因為前者會與病毒表面糖蛋白結合併抑制它們的活性。 17 )。 

在另一項研究中,薑黃素(50 和 150 毫克/公斤) 通過 動物模型 口服管飼 在體內 中 減少甲型流感病毒 (IAV) 複製和肺損傷 ( 18 )。 到目前為止,大約 300 項臨床試驗表明薑黃素對心血管、神經系統、癌症、肝臟、代謝、肺部和炎症疾病的有效性。 冠狀病毒引起的“細胞因子風暴”導致多器官衰竭。 薑黃素阻斷必要的調節信號,這些信號涉及多種促炎細胞因子的表達,例如 MAPK 和核因子-κB (NF-κB) 通路。 

薑黃素通過降低與病毒感染有關的重要細胞因子和趨化因子(IFNγ、MCP-1、IL-6 和 IL-10)的表達來預防炎症和肺纖維化 ( 19 )。 儘管有一些促進健康的好處,但 不穩定和低生物利用度 體內的 是主要因素,這限制了薑黃素在更廣泛的臨床應用中的使用。 然而,使用其他類薑黃素(去甲氧基薑黃素和雙去甲氧基薑黃素)、薑黃素衍生物和合成薑黃素類似物、脂質體包裹的薑黃素、載有薑黃素的載脂蛋白納米顆粒和納米乳劑增加了細胞攝取、溶解度、穩定性和生物活性。 18 )。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯

黃酮類化合物已被證明是一種有效的功能性藥物,可以治療多種疾病。 EGCG是一種常見的兒茶素類黃酮,很容易在茶和茶製品中找到。 EGCG 及其酯類具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗糖尿病、抗高血壓等多種活性。據報導,EGCG 有助於對抗多種病毒,例如 HSV、HCV、腸道病毒 (EV) 和 HIV。 除此之外,一項研究證明了 EGCG 通過以劑量依賴的方式阻斷 Madin-Darby 犬腎 (MDCK) 細胞中病毒核糖核蛋白的核質運動來對抗流感病毒。 ( 8 ) 已經假設 EGCG 是一種毒性顯著較低的鋅離子載體,可以通過增加細胞內 Zn 提供類似於氯喹 (CQ) 的積極作用 2+ 濃度 ,從而介導其對 SARS-CoV-2 的抗病毒作用。 然而,需要進行人體臨床試驗以支持 體外 研究並確定 EGCG 的功效。 20 )。

N-乙酰半胱氨酸

N-乙酰半胱氨酸是一種前藥,主要用作粘液溶解介質,也用於控制對乙酰氨基酚中毒。 這種化合物的抗氧化和抗炎作用在抗病毒活性中起著至關重要的作用。 儘管在分子水平上尚未完全發現NAC抗病毒活性的作用機制。 然而,已經確定它不僅對 HIV 等病毒和具有相似複製機制的其他病毒(其感染性依賴於核轉錄因子)具有活性,而且對具有完全不同的人類疾病發病機制的其他病毒也具有活性。

 眾所周知,宿主細胞環境中缺氧,由於穀胱甘肽缺乏或減少而導致細胞應激增加,自由基增多,炎症信號分子的分泌在病毒發病機制中起著重要作用,以及就像一種補充穀胱甘肽的前藥,它幫助身體對抗這些病毒( 9 )。

棕櫚酰乙醇酰胺

棕櫚酰乙醇酰胺可以從植物和動物來源獲得。 它是一種大麻素受體無活性的內源性大麻素 (eCB) 相關分子,主要用於預防,以幫助預防呼吸道病毒感染。 它因其在細胞和代謝穩態、抗氧化、抗炎和免疫調節能力方面的調節活性而得到認可 ( 15 )。 它的抗炎和抗氧化特性有助於促進對不同類型病毒的抗病毒作用,尤其是普通感冒和流感。 它也曾在西班牙和意大利以 Normast 品牌使用,在更早的捷克斯洛伐克以 Impulsin 品牌使用,直到 2008 年,而目前它被稱為 PeaPure。 

在美國,它作為 Recoclix 出售,用於治療炎症性腸綜合徵。 它還對各種自身免疫性疾病有效,如中樞神經系統的炎症性疾病和炎症性腸病 ( 10 )。 一項對 468 名健康成人進行的早期隨機對照試驗 (RCT) 表明,與安慰劑組相比,服用 PEA 降低了 (45.5%) 頭痛、發燒和喉嚨痛的發生率。 p < 0.05)。 

在 918 名參與者的預防性試驗中,與安慰劑相比,6 周和 8 週後病假天數分別減少了 40% 和 32% ( p < 0.0005)。 在另一項 PEA 後給藥試驗(901 名志願者)中,觀察到安慰劑組的急性呼吸道疾病(22.7%)和流感病毒滴度顯著降低 34.4%( p < 0.0002)( 14 )。

預防病毒感染的潛在營養素

有幾種天然化合物可用,它們已顯示出在避免或/和削弱病毒性疾病或用於治療應用方面的抗病毒潛力。 營養豐富的飲食可以減少患慢性病的可能性,並有助於減輕許多病毒感染的嚴重程度。 營養素共同包括高效維生素(維生素 A、D、C、E、B 6 和 B 12 )、礦物質(鈣和鎂)、微量元素(鋅、銅、硒等)、碳水化合物、蛋白質、脂肪、和水。 這些多營養素為身體的所有系統提供最高的營養價值,包括骨骼、心血管、肝臟、皮膚和免疫支持。 因此,吃富含多種營養素的均衡飲食,除了可以保持呼吸和肺部健康外,還可以提高免疫力。

維生素在抗病毒免疫中的作用

維生素在三個不同的層面支持身體的免疫系統,即物理屏障(如粘膜和皮膚)、抗體產生和細胞免疫。 維生素 C 和 E 有助於加強身體屏障。 維生素 C、D 和 E 在細胞水平上輔助免疫功能。 此外,維生素 C 參與抗體的產生。 表 2 取自 Wikefeldt ( 21 ),提供了常見營養素來源及其在身體功能中的作用的一般總結,以下部分將進一步討論。

表2
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表2 。 免疫功能在人體內建立營養物質及其食物來源。

維生素A(視黃醇)

維生素 A 也被認為是一種抗炎維生素,因為它在促進免疫系統的反應方面起著至關重要的作用。 它通過表面 IgA、T 輔助細胞調節和細胞因子的產生在體液和細胞介導的免疫中發揮調節作用。 維生素 A 已證明在治療麻疹相關肺炎等多種傳染病方面具有重要的治療意義。 補充維生素 A 已被廣泛研究,作為支持治療預防急性下呼吸道感染 (ALRTIs) 並降低嚴重程度和快速康復的潛力的一部分。 

已經發現,缺乏維生素 A 的兒童因呼吸道感染而面臨更大的死亡和疾病風險 ( 15 )。 此外,一項薈萃分析研究表明,先前存在維生素 A 缺乏症的兒童的感染加重,並且已證明補充維生素 A 可將 6-59 個月大的兒童的死亡風險降低約 23-30%。 維生素 A 可以從橙色/黃色的水果和蔬菜中攝取。 根據研究人員的建議,允許劑量高達 10,000-25,000 IU/天( 22 )。

維生素 D(麥角鈣化醇)

維生素 D 是一種類固醇激素和免疫系統調節劑,除了增加巨噬細胞活性外,還能降低炎性細胞因子的表達。 它還促進存在於自然殺傷細胞、單核細胞、中性粒細胞和呼吸道內壁上皮細胞中的抗菌肽 (AMP) 的表達 ( 23 )。 維生素 D 的作用是通過增加抗病原體肽來抑制和防禦感染。 一些研究表明補充維生素 D 在預防上呼吸道感染中的作用。 它還調節轉化生長因子-β (TGF-β) 並降低細胞因子表達,從而有利地調節病毒誘導的病理細胞過程 ( 24 )。

然而,該研究僅限於實驗室規模,未在臨床上建立,並且表明維生素 D(細胞培養物中增加的 IL-1β)在對抗病毒感染中起著至關重要的作用。 該研究表明,>50 和 <80 ng/ml 的血清 25-羥基維生素 D 可能有助於減輕 COVID-19 的發病率。 

目前的評論建議維生素 D 調節免疫系統對呼吸道病毒感染的先天反應,如 RSV、副流感 1 和 2 以及甲型和乙型流感 ( 15 )。 馬蒂諾等人。 ( 24 ) 對 14 個國家的 11,321 名不同的人進行了一項隨機對照試驗,發現維生素 D 的攝入量除了降低維生素 D 水平充足的人的感染風險外,還顯著降低了已經缺乏的人的呼吸道感染的發生率。

另一項研究表明使用維生素 D 可改善 HIV 和丙型肝炎患者對抗病毒治療的反應 ( 25 )。 《美國老年醫學會雜誌》(2016 年)進行的一項研究表明,服用顯著更高劑量維生素 D3 的老年患者發生肺部感染的機率要低 40%。 老年人因免疫功能減弱而死於支氣管炎、肺炎和流感等感染的死亡率更高。 根據研究,維生素 D 有助於加強隨著年齡增長的第一道防線,從而預防慢性呼吸道感染。 每天大約 1,000-4,000 IU 的維生素 D 攝入量就足夠了,儘管嚴重缺乏的人需要更高的劑量( 26 )。

維生素C(抗壞血酸)

維生素 C 在細胞水平上有助於先天性和適應性免疫系統的多種活動。 它聚集在免疫系統的吞噬細胞中,如中性粒細胞,並通過趨化性、吞噬作用、活性氧 (ROS) 的產生和最終殺死微生物來促進殺滅微生物。 維生素 C 補充劑具有通過增強免疫功能來預防和治療全身和呼吸道感染的潛力,因此也被醫院積極用於治療 SARS-nCoV-2 感染。 根據研究人員的建議,允許劑量高達 1-3 克(每天口服一次)( 27 )。 

預防感染的預防方法強調每日膳食中維生素 C 的攝入量,即使沒有達到飽和血漿水平(100-200 毫克/天),也能提供足夠的維生素 C。 另一方面,對於已發展的感染的治療,需要更高的劑量 (g) 來彌補更高的代謝需求 ( 28 )。 一項對 11,306 人進行的科學工作包括 29 項研究表明,每天補充 1-2 克劑量的維生素 C 可使兒童感冒間隔時間縮短 14%,成人感冒間隔時間縮短 8%( 29 )。 

此外,高劑量靜脈注射維生素 C 可改善嚴重感染、病毒感染引起的敗血症和急性呼吸窘迫綜合徵 (ARDS) 患者的症狀 ( 30 )。 然而,每天服用較高劑量的維生素 C 會降低體內銅的含量,尤其是對於缺銅的人,這反過來又會對免疫功能產生不利影響。 彭 ( 最近發表在臨床試驗上的一項研究 31 中國中南醫院 ) 表明,對 140 名患者進行了維生素 C 輸注治療,用於治療嚴重的 2019-nCoV 感染性肺炎。 中國臨床試驗註冊中心最近記錄了另一項隨機對照實驗,針對維生素 C 和 COVID-19 進行,表明維生素 C 片聯合甘草酸二銨腸溶膠囊治療新型冠狀病毒肺炎的重要性 ( 32 ) . 冠狀病毒 (2019-nCoV) 感染引起細胞因子激增,導致過度炎症和連續的附帶肺損傷和更高的死亡率。 

最後,維生素 C 輸注是一種抗氧化劑,可用作對症支持治療,以幫助對抗氧化應激和炎症。 一項薈萃分析表明,接受維生素 C 輸注組的機械通氣時間縮短了 14%。 對人類、動物和細胞進行的多項試驗證實了維生素 C 的抗病毒潛力。此外,維生素 C 在對照試驗中顯示出有希望的結果,通過降低血壓、減少支氣管收縮、改善內皮功能、降低心房顫動的發生率、逃避除了對肺炎具有潛在的有益作用外,還可以縮短感冒的持續時間,以及它們在身體疲憊的成年人中的發生率( 29 )。

維生素 E(α-生育酚)


維生素 E 是一種抗氧化劑,具有調節宿主免疫反應的潛力,已知其不足會阻礙體液和細胞介導的免疫。 一項針對老年患者的研究表明,補充維生素 E(200 IU/天)對下呼吸道感染沒有太大影響,但對上呼吸道感染,尤其是普通感冒有保護作用( 33 )。 在一項小型隨機對照試驗中觀察到,補充維生素 E 的積極作用對慢性乙型肝炎的藥物治療產生積極影響,其中在維生素 E 組中觀察到肝酶正常化和乙型肝炎病毒-DNA 陰性顯著更高。 

在兒科的一項 RCT 中發現了類似的結果,其中維生素 E 治療導致更高的抗 HBe 血清轉換和病毒學反應 ( 34 )。 儘管一項 RCT 描述了日常多種維生素礦物質補充劑和維生素 E(200 毫克/天)的攝入量都沒有描述對營養良好的成年人急性呼吸道感染的發生和嚴重程度的有益結果。 另一方面,補充維生素 E 在該組中表現出增加的嚴重程度和症狀、疾病持續時間和活動限制( 35 )。

複合維生素 B

屬於 B 複合物組的維生素在人體正常運作方面發揮著重要作用,包括改善先天性和適應性免疫反應的呼吸功能激活以及維持內皮完整性。 施用高劑量的維生素 B 1 在 COVID-19 的早期階段對患者 或硫胺素可促進抗體反應,並具有限制缺氧的潛力。 一項關於維生素 B 組合的研究 2 (核黃素)和紫外線 不僅降低了人類血液中 SARS-CoV-2 的水平,而且還對抗 MERS-CoV 病毒 ( 36 )。 

維生素 B 3 (菸酸)作為 NAD 和 NADP 的前體,通過減少促炎細胞因子(IL-1β、IL-6 和 TNF-α)起作用,並且還具有免疫調節特性。 它可以減輕呼吸機引起的肺損傷患者的炎症。 此外,菸酸還可以阻止痘苗病毒、HIV、乙型肝炎病毒和EV等病毒的複制。 缺乏維生素B 6 或吡哆醇導致免疫失調。 

一些研究表明,在具有高度炎症的 COVID-19 患者中觀察到低水平的吡哆醇。 另一項關於維生素 B 9 或葉酸的研究表明,它能夠抑制弗林蛋白酶,從而阻止 SARS-CoV-2 刺突蛋白的結合,最終阻礙細胞進入和病毒更新 ( 37 )。 

同樣,最近一項關於維生素 B 12 (鈷胺素)的研究表明,攝入甲基鈷胺素具有降低 COVID-19 相關器官衰竭風險的能力。 在缺乏鈷胺素的患者中肌肉注射甲基化形式的鈷胺素可顯著恢復 CD8+ 淋巴細胞的產生,並增加 CD4/CD8 比率、CD3-CD16+ 和 CD16 CD57 計數,進而增強 NK 細胞活性。 此外, 了維生素 B 水平降低 12 在 COVID-19 患者中也報告 ( 38 )。

微量元素和礦物質在抗病毒免疫中的作用

礦物質和微量元素的常規來源及其在身體機能中的作用的一般概述在 列出的以下部分進行了討論 表 3 中

表3
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表3 。 在人體內建立免疫功能的微量元素和礦物質以及它們的食物來源。

鋅通過有利地調節先天性和適應性免疫反應起作用,並且病毒通過附著和增殖支持病理細胞活動。 

缺鋅很常見,補充鋅已被證明可以預防病毒感染的持續時間及其嚴重程度。 鋅減少了下呼吸道疾病的可能性,就 COVID-19 而言,這可能有用。 研究人員建議以檸檬酸鹽、甘氨酸鹽、醋酸鋅、口服和葡萄糖酸鋅錠劑形式攝入鋅(30-60 毫克/天)( 43 )。

 鋅補充劑對幾種常見的感冒病毒有緩解作用,也可能對已經生病的患者有幫助。 

在 64 名患有 ALRTI 的住院兒童中進行的一項研究表明,與對照組相比,每天服用 30 毫克鋅可使感染持續時間縮短約 2 天 ( 44 )。 此外,對於健康成年人來說,長期攝入鋅通常被認為是安全的(設定上限,40 毫克)。 相反,過度延長劑量可能會阻礙銅的吸收,從而損害免疫系統。 許多 體外 和臨床研究表明鋅在引發抗病毒活性方面的有效性。 Shida ( 45 ) 證明鋅通過調節病毒顆粒的進入、複製、融合、病毒蛋白翻譯及其釋放對許多呼吸道病毒感染有很強的影響。

 在另一項研究中,低鋅濃度增加了對肺炎的易感性,血清鋅水平高 (>70 μg/dl) 的受試者被認為患肺炎的風險較低 ( p < 0.001),同時死亡率和與低鋅組(<70 μg/ml)相比的疾病持續時間。 此外,據報導,血清鋅濃度在社區獲得性肺炎的發病率中低 15% ( 46 )。

 鋅離子可能在肺炎中具有抗炎活性,從而最大限度地減少氧化應激並保護肺部免受敗血症和全身炎症的損害。 多微生物敗血症小鼠模型中的鋅缺乏導致肺中更高的 NF-κB p65 信使 RNA (mRNA) 表達,從而導致 TNFα、IL-1β 和 ICAM-1 的靶基因上調。

 另一方面,通過降低中性粒細胞浸潤和氧化損傷,在 NF-κB 和 ERK 1/2 的調節的幫助下,服用鋅補充劑對處於敗血症狀態的肺部產生保護作用。 47 )。 觀察到的研究還表明,鋅會阻止戊型肝炎病毒的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RdRp) 的活性,最終影響其複制。 據報導 抑制冠狀病毒 RdRp 活性 在體外 ,鋅 ,鋅離子載體限制冠狀病毒複製。 

儘管除了 CQ/羥氯喹 (HCQ) 作為鋅離子載體的可能特性之外,鋅的抗病毒特性已經得到很好的證實,但鋅與這些藥物中的任何一種的協同作用仍然需要證實。 據推測,高細胞內鋅濃度也可能導致更適當的 RdRp 阻塞,從而導致更多阻礙細胞內 SARS-CoV-2 增殖 ( 48 )。

銅有助於免疫系統細胞的發育和分化。 體外 研究也描述了銅的抗病毒特性。 除了其他有包膜和無包膜以及雙鍊和單鏈 DNA 和 RNA 病毒外,銅還可以殺死各種病毒,例如 HIV-1、支氣管炎病毒、脊髓灰質炎病毒。 銅殺死病毒可能是通過 ROS 介導的 ( 49 )。 細胞內銅已被證明可以調節流感病毒的生命週期,而銅 - thujaplicin 複合物可抑制人類流感病毒的複制。

 特倫德等人。 ( 50 ) 研究了長期高銅攝入對年輕男性免疫系統功能的影響。 他們得出的結論是,當銅攝入量為 7.8 毫克/天時,芐胺氧化酶、超氧化物歧化酶和血漿銅藍蛋白活性的量比攝入量為 1.6 毫克/天時更高,因此顯示出抗氧化水平的提高( 50 )。 儘管在較高的銅攝入量(7.8 毫克/天)下觀察到血清 IL-2R 的百分比、循環中性粒細胞和抗體滴度顯著降低(7.8 毫克/天),以對抗北京流感株。 4 )。

 文獻還表明,銅暴露於 nCoV 229E 不僅會破壞病毒基因組,還通過將其破壞成包膜和分散表面尖峰,從而不可逆地影響病毒的形態( 51 )。 一項基於細胞的研究證明,銅離子能夠阻斷 SARS-CoV-1 複製所需的蛋白酶 2。 在中國對 71 名患有 COVID-19 的成年人進行的另一項研究發現,與健康成年人相比,所有參與者的血清總膽固醇水平相對較低。 然而,一些研究也表明總膽固醇水平低與銅濃度降低之間存在聯繫( 52 )。 因此,通過廣泛的臨床數據,銅補充劑也可能有助於對抗 COVID-19 等新型病毒性疾病,並且可能需要實驗結果來支持這一點。

硒是健康免疫系統的重要礦物質。 對動物模型的研究表明,硒補充劑在增強對各種流感病毒株(如 H1N1)的抗病毒反應方面具有潛力。 一些關於流感病毒和柯薩奇病毒毒株的研究表明,硒的急性缺乏可以通過促進病毒 RNA 的大量突變來提高疾病的嚴重程度和致病性。 因此,硒對於增強宿主抗病毒(Th1 型)免疫力和阻止某些病毒病原體進化為更具毒性的菌株都是必不可少的。 

在感染高毒力 H1N1 亞型 IAV 的兒童中,已經觀察到紅細胞和血漿中硒和硒酶 [如硫氧還蛋白還原酶 (TrxR) 和穀胱甘肽過氧化物酶 (GPx)] 的濃度降低 ( 53 )。 在一項法國 RCT 中,對血漿硒水平低的成年人進行了 15-17 個月的 20 毫克鋅和 100 毫克硒補充劑。 結果發現,與安慰劑組的成年人相比,接受補充劑的成年人在接種 A 型流感疫苗後表現出更好的體液防禦。 54 )。

 在硒充足的條件下,GPx 的優化活性可以保護 IAV 感染的組織和細胞免受病毒引起的氧化應激和細胞死亡的影響。 此外,根據一項研究,與在硒充足的培養基中生長的細胞相比,在缺硒環境中培養的支氣管上皮細胞在被 IAV 感染後由於細胞凋亡顯示出更多的細胞死亡 ( 55 )。

鎂通過影響抗體合成、抗體依賴性細胞溶解、免疫細胞粘附、免疫球蛋白 M 淋巴細胞結合、T 輔助 B 細胞附著和巨噬細胞對淋巴因子的反應,在調節免疫功能方面至關重要。 它既是抗炎劑又是支氣管擴張劑,並已連續使用以清除氣道並使其更容易呼吸。 一些 體內 體外 研究強調補充鎂在產生針對病毒感染的免疫反應中的重要性 ( 56 )。 其中一項研究表明,細胞內游離 Mg 濃度降低 2+ 是導致 CD8+ T 細胞和自然殺傷細胞 (NKG2D) 受體表達受損的原因,這反過來又會影響對病毒的細胞溶解作用和免疫監視 ( 6 )。 兩名患有 EBV 的患者在 175 天內以蘇糖酸鎂和硫酸鎂的形式口服鎂補充劑,用於患有嚴重 EBV 感染的患者。 給藥後 2 天內,NKG2D 表達和游離 [Mg 2+ 在患者中觀察到 ] 離子以及 EBV 感染細胞的數量減少。 這意味著 [Mg 2+ 體內的 ] 離子穩態對於 NKG2D 表達的 CTL、NK 細胞和 γδ T 細胞至關重要,進而介導抗病毒和抗腫瘤免疫 ( 56 )。

病毒感染的多種營養素補充劑

體內微量營養素的缺乏通過影響適應性抗體反應和T細胞介導的免疫反應來削弱免疫系統,從而導致平衡宿主反應失調。 某些微量元素和維生素通過加強上皮內層以及細胞和體液免疫反應來支持免疫力。 此外,各種組合的微量元素和維生素補充劑對免疫反應的抗病毒能力也顯示出良好的效果。 

在一項包括 725 名老年患者的隨機臨床試驗中,考慮到對流感疫苗的體液反應、遲髮型超敏性皮膚反應、傳染性死亡率和發病率等參數表明,相對於控制組。 一項針對老年人的研究表明,包含硫化硒和鋅等微量元素、抗壞血酸和 β-胡蘿蔔素等維生素的多營養素補充劑可在服用後 6 個月內糾正特定的營養素缺乏症。 

接受微量元素治療的患者沒有呼吸道感染。 此外,觀察到流感疫苗接種後的抗體水平在單獨接受微量元素或與維生素相關的組中與單獨接受維生素的組相比更高,抗體滴度較低。 54 )。 一項針對 878 名 C 亞型 HIV 患者進行的研究表明,這些患者的細胞計數高於正常值 (>350/μl) 並接受了抗逆轉錄病毒治療,結果表明,補充維生素 E 加硒、維生素 B 複合物和維生素 C 有助於減緩除了降低發病率外,疾病進展( 57 )。

牛奶蛋白和肽在抗病毒免疫中的作用

飲食中的蛋白質失衡導致營養不良,導致免疫力受損,尤其是影響 T 細胞系統,導致住院患者的機會性感染和死亡率增加。 活性乳蛋白和肽具有抗病毒和免疫調節特性 ( 58 )。 人和牛乳鐵蛋白 (bLF)、乳過氧化物酶、人工改變的乳蛋白(如血清白蛋白、β-乳球蛋白和 α-乳清蛋白)通過與 HIV 等病毒的細胞受體結合,從而抑制病毒吸收並最終抑制病毒複製。

 乳鐵蛋白可以有效地與 HIV 的硫酸乙酰肝素和甘露糖受體結合,從而抑制病毒附著 ( 59 )。 另一項工作證明了乳鐵蛋白在強烈抑制病毒逆轉錄酶方面的作用。 

同時,α-乳清蛋白、β-乳球蛋白和酪蛋白可有效抑制 HIV 的蛋白酶和整合酶 ( 60 )。 人源和牛源的乳鐵蛋白已被描述為對廣譜病毒如流感病毒(H1N1、H3N2 和 H5N1)劑量、酯化 bLF <20 mg/ml 顯示出抗病毒反應。 乳鐵蛋白對副流感病毒和 RSV 的抗病毒反應也通過抑制病毒複製得到證實。 61 )。 

甚至 β-乳球蛋白、α-乳清蛋白和乳鐵蛋白的甲基化形式也能引發針對人流感病毒 A、H3N2、H1N1 和致命禽流感病毒 (H5N1) 的抗病毒反應。 抗病毒反應與乳清蛋白與病毒血凝素、病毒 DNA 和 RNA 的結合有關,並被破壞,從而使病毒蛋白不穩定,無法附著在細胞膜上 ( 62 )。 其中一項研究表明,攝入乳鐵蛋白和牛奶免疫球蛋白可減少成人普通感冒的發生。 乳鐵蛋白攝入會增加腺瘤性結直腸息肉患者的 NK 細胞反應。 因此,乳鐵蛋白可能通過增加 NK 細胞的數量和活性來部分介導對宿主抵抗流感和普通感冒的保護 ( 63 )。

 乳鐵蛋白也被歸類為宿主防禦蛋白,因為它能夠通過增加淋巴因子激活的殺傷細胞和 NK 細胞的功能來增強細胞毒性,尤其是在嬰兒中。 除此之外,它還參與巨噬細胞活化以及刺激促炎和抗炎細胞因子釋放 IL-1、IL-6、IL-8、IL-18、IL-γ 和 TNF-α。 此外,一些關於牛奶蛋白和肽的研究表明,通過減少藥物劑量、防止耐藥病毒的發展,與阿昔洛韋、利巴韋林和齊多夫定等藥物分別對抗 HSV、人類 HCV 和 HIV 1 具有協同作用,和選擇性靶向( 64 )。

增強免疫力的功能性食品

功能性食品不是單一成分; 它是不同營養素的組合,在特定成分中含量高,具有治療功效。 功能性食品含有補充劑或其他營養豐富的成分,例如燕麥、富含β-葡聚醣的膳食纖維或富含纖維的粉絲,它們通過減少炎症來提高免疫力,從而有助於改善健康。 65 )。 

這些包括傳統的(穀物、水果、蔬菜、發酵食品、草藥、香料、飲料和堅果)或有益健康的天然食品以及改良食品(酸奶、穀物和橙汁),可以強化維生素、礦物質和益生菌以獲得額外的健康益處。 2002 年 7 月,約有 300 種食品在日本被認定為特定保健食品 (FOSHU)。 

同樣,大量存在於蔬菜和水果中的抗氧化劑也有助於對抗疾病( 66 )。 之前的一些文獻研究還表明,油炸食品會損害白血功能並嚴重改變腸道微生物群。 植物性飲食已被證明可有效降低流感和肺炎的風險,因為它們富含膳食纖維、抗氧化劑和維生素。 67 ),降低體重指數 (BMI),從而有助於提高免疫力。 

然而,與食用這些功能性食品相關的健康益處和聲明仍然需要研究,以建立關於其安全性和有效性的強有力的科學證據。 蜂蜜就是這樣一種功能性食品,它具有經過充分研究的抗病毒潛力。 除了糖分,蜂蜜還含有其他幾種微量成分,如礦物質、維生素(主要是維生素 C)、類胡蘿蔔素、蛋白質、氨基酸、酶(過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶)、揮發性化合物和有機酸。 這些成分賦予蜂蜜多種益處,蜂蜜可能通過抗炎、免疫調節、植物化學、抗氧化、抗菌、抗病毒、抗腫瘤和血管舒張活性用於治療疾病。 

已證明具有治療意義的類黃酮和酚類化合物,例如沒食子酸、鞣花酸、肉桂酸、苯甲酸、咖啡酸、香豆酸、芹菜素、楊梅素、槲皮素、兒茶素、柚皮素和木犀草素,是蜂蜜中存在的主要生物活性化合物,這也發揮抗氧化潛力。 維生素 C 和酚類成分共同賦予抗炎作用。 有證據表明,蜂蜜可降低細胞培養、動物模型和臨床試驗中的炎症作用。 

一項組織培養研究表明,蜂蜜在免疫反應過程中提高了抗體、T 和 B 淋巴細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、單核細胞和 NK 細胞的產生水平。 68 )。 據說來自新西蘭的麥盧卡蜂蜜對 MDCK 細胞中的流感病毒 (H1N1) A/WSN/33 株具有抗病毒活性。 另一項 體外 研究也顯示了商業麥盧卡蜂蜜對使用 Vero 細胞分離的 HSV-1 的有效性 ( 69 )。 Charyasriwong 等。 ( 70 ) 報導,麥盧卡蜂蜜中存在的一種活性成分甲基乙二醛對 H3N2、H1N1、H5N2 以及奧司他韋耐藥的 H1N1 具有活性。 

同樣,漿果富含生物活性化合物,特別是多酚、黃酮類化合物以及多醣、類胡蘿​​蔔素、有機酸、花青素等,已被用作對抗上呼吸道感染的自然療法。 接骨木提取物通過直接阻斷病毒糖蛋白和間接通過增加 IL-6、IL-8 和 TNF 的表達對病毒產生調節影響 ( 71 , 72 )。 一種名為 Sambucol 的覆盆子提取物、接骨木汁和蜂蜜的混合物,可阻止 10 種不同的 A 型和 B 型流感病毒株的血細胞凝集和增殖 體外 ,這是從人和動物中分離出來的。 

含有漿果提取物的 Sambucol 的治療效果可能是由於刺激促炎細胞因子(IL-6、IL-8、IL-1β 和 TNF-α)的產生,以及抗炎細胞因子(IL-10)的產生。巨噬細胞也是如此( 73 )。 除了增加細胞因子分泌和 IgG 滴度外,枸杞的給藥還增加了成年小鼠流感疫苗的活性,從而調節免疫反應(TNF-α 和 IL-12)。 還觀察到樹突細胞(CD40、CD80 和 CD86)的成熟度和表達增加( 74 )。 

另一項研究工作報告說,黑醋栗 ( Ribes nigrum ) 提取物阻礙了甲型和乙型流感病毒的吸附以及對奧司他韋耐藥的大流行毒株 A/Yamagata/5/2009 和 A/Yamagata/165/2009 pdm。 此外,黑加侖提取物還檢查了與流感感染有關的因素,例如引起肺炎的細菌( 肺炎鏈球菌 )、 流感嗜血桿菌 ,以及感染呼吸道的病毒,如腺病毒 (AdV) 和 RSV ( 75 )。 克拉維茨等人。 ( 76

 觀察到,商業接骨木漿果提取物製劑 Rubini 的給藥抑制了導致呼吸道疾病的病原體的活性,包括流感病毒(A 型和 B 型)。 同樣,蔓越莓汁及其多酚成分也被發現可以抑制 A 型和 B 型流感病毒株,從而降低輪狀病毒和食源性病毒(如貓杯狀病毒和鼠類病毒)的感染滴度( 77 )。 

從越橘 ( 中提取的富含多酚的成分 Vaccinium myrtillus L.)、Natsuhaze ( Vaccinium oldhamii L.)、蔓越莓 ( Vaccinium oxycoccos L.) 和加拿大藍莓 ( 原花青素 Vaccinium angustifolium L.) 的 也表現出顯著的抗病毒作用抗流感病毒的活性 ( 78 )。 一項研究表明,韓國黑樹莓 ( 的水提取物 Rubus coreanus ) 可抑制乙型肝炎活動。 

對另一種覆盆子物種的類似研究( Rubus Imperialis L.) 描述 抗 HSV1 活性 了體外的 ( 79 )。 因此,富含多種生物活性成分的漿果可能成為新藥的重要原料。 但是,需要進行更多的實驗室研究和臨床試驗來確定它們的抗病毒功效。

益生菌補充劑在抗病毒免疫中的作用

益生菌是活的微生物,當向宿主提供足夠數量時,它們會帶來健康益處。 來自 屬的細菌 乳酸桿菌屬 雙歧桿菌 是最常見的益生菌微生物。 益生菌可以以酪乳、酸奶、麵包、酸麵團、豆豉、麵包、康普茶、乾酪、發酵酸菜、發酵泡菜、味噌湯和泡菜的形式加入飲食中 ( 80 )。 一項研究工作表明, 鼠李糖乳桿菌 GG(L. GG,ATCC 53103)即使是早產兒也可以完全安全食用,這表明益生菌作為任何年齡組基於治療的干預的相對安全選擇的潛力( 81 )。

 然而,由於化療和危重疾病而免疫系統減弱的人在使用益生菌補充劑時需要謹慎。 已知特定的益生菌可用於降低急性輪狀病毒引起的胃腸炎和病毒引起的呼吸道感染的嚴重程度和持續時間。

儘管疫苗是一種很有前途的預防病毒的藥物,但由於病毒 RNA 會快速突變,例如在流感病毒的情況下,它們的效率受到限制。 在這方面,需要廣泛研究益生菌以確立其作為抗病毒支持療法一部分的功效,因為它們已被證明對許多呼吸道病毒也具有殺病毒作用( 表 4 )。

 益生菌最有可能對抗呼吸道病毒的機制如下: (a) 通過粘附到上皮層,從而通過空間位阻阻止病毒粘附; 或通過與它們競爭特定的碳水化合物受體,(b) 通過與其結合直接抑制病毒與宿主受體細胞的附著,(c) 可能通過誘導粘膜再生; 腸粘蛋白可以通過抑制病毒與上皮細胞的粘附來抑制病毒複製,

(d) 通過直接產生抗病原體的抗菌物質,(e) 通過激活和調節免疫反應 通過 樹突細胞和巨噬細胞,(f) 通過誘導脫氫酶和輕度 NO,乳酸和脫氫酶的產生可能具有抗病毒活性,(g) 通過 IL、NK 細胞、Th1 活性和 IgA 產生刺激免疫系統 ( 3 , 89 ) .

表 4
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表4 。 不同益生菌菌株對病毒的影響。

上呼吸道感染益生菌:臨床研究

益生菌在預防上呼吸道感染 (URI) 中的作用已得到廣泛研究。

益生菌與病原體的特定相互作用可能會減少它們在鼻咽部的定植,從而減少 URI 和急性中耳炎 (AOM)。 可以研究個人的微生物群並將其整合到醫療保健中,以針對其特定疾病進行更好的治療。 由 酸奶消耗量 德氏乳桿菌 屬的 。 bulgaricus OLL1073R-1 (R-1) 觸發 NK 細胞活性,降低老年人患普通感冒的概率 ( 82 , 89 )。 

類似的研究證明了 R-1 的分泌多醣在改善免疫功能和 NK 細胞活化方面的重要性。 因此,R-1 或其產品可能在預防病毒引起的呼吸道感染方面發揮作用 ( 90 )。 在另一項研究中,發現的鼻內接種 Lactiplantibacillus植物 Lactiplantibacillus桿菌 防護,以防引起的小鼠肺炎病毒的致死性感染( 85 86 )。 

此外,益生菌和益生元已證明它們通過影響接種流感疫苗的老年人的血清保護和血清轉化率來提高免疫原性。 87 , 91 )。 因此,維生素-益生菌組合可以通用方式作為一種可能的免疫增強劑。 例如,維生素 D 可以調節適應性和先天免疫系統,因為維生素 D 受體表達在所有免疫細胞的表面,而且所有免疫細胞都可以產生維生素 D 代謝物 ( 88 , 92 )。

結論

對於新的病毒性疾病,無法立即提供用於其預防或治療的特定藥物治療。 在這方面,研究的重點是通過採取營養策略來增強免疫系統。 本綜述旨在提出一些營養素、保健品、微量元素、乳蛋白、肽、功能性食品和益生菌的治療和預防潛力。 此外,應提高對使用營養強化穀物和穀物、營養產品的認識,作為疾病預防和健康促進方法的一部分。

 鑑於當前 COVID-19 大流行,一種嚴重的急性呼吸道感染,且缺乏有效的靶向抗病毒藥物,因此對症支持療法仍是應遵循的方法。 深入了解參與表觀遺傳相互作用和復制的分子機制的調控分子,可以促進具有抗病毒和免疫潛力的功能性食品的開發,作為有效治療策略的組成部分。 

因此,至關重要的是通過 RCT 研究具有經證實的病毒性肺炎免疫增強特性的化合物的臨床相關性和安全性。 同樣,槲皮素和 EGCG 等鋅離子載體可以通過增加細胞內鋅以類似於 CQ/HCQ 等藥物的方式發揮作用 2+ 水平無不良影響。 臨床試驗和 體外 在這方面可以進行 研究。 牛奶蛋白和相關肽可用作補充劑、模板和新型疫苗佐劑,以設計更有效的抗病毒藥物。 生物活性化合物,如營養保健品和功能性食品,在阻止病毒機制方面已被證實有效,再加上藥物治療,以防萬一,可能有助於治療冠狀病毒引起的感染。 

儘管這些補充劑對免疫系統和健康有益,但不應將它們用作健康生活方式的替代品,而這是最重要的。 此外,營養保健品大多是食物而非藥物,而且作用是漸進的,因此必須長期定期攝入,才能獲得與其完全相關的健康益處。

作者貢獻

SS:調查、可視化、形式分析和寫作——原稿。 PK:調查、可視化和寫作——原稿。 DK:資源、方法論和可視化。 VM:形式分析、資源和可視化。 GS:資源、方法論和形式分析。 KM:概念化、可視化和寫作——審查和編輯。 PP:概念化、監督和寫作——審查和編輯。 MK:概念化、監督、寫作——審查和編輯、項目管理和資金獲取。 所有作者都對文章做出了貢獻並批准了提交的版本。

利益衝突

作者聲明,該研究是在沒有任何可能被解釋為潛在利益衝突的商業或財務關係的情況下進行的。

出版商注

本文中表達的所有主張僅代表作者的主張,並不一定代表其附屬組織的主張,也不代表出版商、編輯和審稿人的主張。 本文中可能評估的任何產品,或可能由其製造商做出的聲明,均不受出版商的保證或認​​可。

致謝

作者感謝印度政府生物技術部和 Mohali 創新和應用生物加工中心的不斷支持和鼓勵。

關鍵詞: 營養保健品,病毒性疾病,功能性食品,免疫,冠狀病毒,膳食補充劑

引文: Singh S、Kola P、Kaur D、Singla G、Mishra V、Panesar PS、Mallikarjunan K 和 Krishania M(2021)營養保健品和膳食補充劑在預防病毒性疾病方面的治療潛力:綜述。 正面。 營養。 8:679312。 doi:10.3389/fnut.2021.679312

收稿日期: 2021 年 3 月 11 日; 接受: 2021 年 8 月 16 日;
發佈時間: 2021 年 9 月 17 日。

編輯:

Emma Derbyshire 博士 ,英國營養洞察有限公司

審核人:

Abhalaxmi Singh ,美國伊利諾伊大學芝加哥分校
Bhakti Tanna ,印度古吉拉特邦生物技術研究中心 (GBRC)

版權所有 © 2021 Singh、Kola、Kaur、Singla、Mishra、Panesar、Mallikarjunan 和 Krishania。 這是一篇根據 條款分發的開放獲取文章 知識共享署名許可 (CC BY) 。 允許在其他論壇中使用、分發或複制,前提是註明原作者和版權所有者,並根據公認的學術慣例引用本期刊的原始出版物。 不得使用、分發或複制不符合這些條款的內容。

*通訊作者: Kumar Mallikarjunan, kumarpm@umn.edu ; Meena Krishania, dr.mkrishania@gmail.com meena@ciab.res.in

免責聲明: 本文中表達的所有主張僅代表作者的主張,並不一定代表其附屬組織的主張,也不代表出版商、編輯和審稿人的主張。 本文中可能評估的任何產品或可能由其製造商做出的聲明均不得到出版商的保證或認​​可。

轉自  https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2021.679312/full

植物黃酮槲皮素的藥物治療新型 SARS-CoV-2 的前景

 

基於植物黃酮槲皮素的藥物治療新型 SARS-CoV-2 的前景

背景

由 SARS-CoV-2 引起的世界大流行 COVID-19 目前正在奪去數千人的生命。 大量存在於水果和蔬菜中的類黃酮,尤其是槲皮素,已被證明具有抗病毒活性。

正文

本文綜述了植物黃酮槲皮素對抗新型冠狀病毒的能力以及在此基礎上進行藥物開發的可能性。 解釋該分子成功抗病毒活性的已知途徑的作用模式、槲皮素對 SARS-CoV-2 主蛋白酶 3CL pro 的作用 、其衍生物對人類病毒的抗病毒活性、鋅輔因子組合的作用在 COVID-19 治療中使用槲皮素,並討論了參與病毒發病機制的 miRNA 基因的調控。 在使用 SARS-CoV-2 的十種關鍵酶進行虛擬篩選並評估它們的相互作用之後,提供了這一概念的證據。 已經使用 CASTp 預測了 3D 結構中的活性殘基,並與槲皮素對接。 關鍵蛋白 3CL pro 、刺突糖蛋白/人 ACE2-BOAT1 複合物、RNA 依賴性 RNA 聚合酶、主要肽酶、刺突糖蛋白、RNA 複製酶、RNA 結合蛋白、木瓜蛋白酶、SARS 木瓜蛋白酶/去泛素酶和主要的複合物在每個原聚體的 N 末端帶有額外 Ala 的肽酶顯示結合能介於 - 6.71 和 - 3.37 kcal/Mol 之間,表明槲皮素是抑制多種 SARS-CoV-2 酶的潛在候選藥物。

結論

綜述了黃酮類化合物的抗病毒特性和涉及的分子機制。 此外,通過將來自 SARS-CoV-2 的關鍵蛋白質與槲皮素對接,為這一概念提供了證據。

圖形概要

背景

冠狀病毒病 (COVID-19) 是由新型嚴重急性呼吸系統綜合症相關冠狀病毒 (SARS-CoV-2) 引起的高度傳染性疾病,此前尚未在人類中報導過。 2019 年 12 月,中國武漢首次報告了這種疾病。 考慮到 COVID-19 在全球範圍內廣泛傳播、跨越國際邊界並影響到很大一部分人口,世界衛生組織已宣布 COVID-19 為大流行病。 AstraZeneca/牛津大學(英國)、Institut Pasteur/Merck/Themis(法國/美國/奧地利)、香港大學(中國)、CureVac(德國)、Moderna(美國)、Inovio等機構開發疫苗(美國)、Clover Biopharmaceuticals(中國)、Novavax(美國)、昆士蘭大學/CSL(澳大利亞)和謝切諾夫大學(俄羅斯,人造衛星五號),處於不同階段,很少進行管理,但沒有具體的治療方案開發至今。 確實需要為 COVID-19 開發快速診斷試劑盒、疫苗、新療法和藥物再利用。 病毒傳播、作用方式、免疫等關鍵問題亟待解答。

冠狀病毒 (CoV) 是相對較大的有包膜病毒,其單鏈正鏈 RNA 基因組 (29,903 bp) [ 1 ] 包裹在膜內。 膜上覆蓋著糖蛋白尖峰,為冠狀病毒提供冠狀外觀 [ 2 ]。 冠狀病毒是最大的病毒組,屬於 Nidovirales 目,包括冠狀病毒科、動脈病毒科和 Roniviridae 科。 冠狀病毒科被細分為α、β、γ 和δ 組。 它的基因組具有 5' 帽和 3' 多聚 A 尾,使其可以作為 mRNA 來翻譯複製酶多蛋白。 非結構蛋白 (Nsps) 由包含約 20 kb 的複制酶基因編碼,結構蛋白和輔助蛋白由約 10 kb 的病毒基因組編碼 [ 3 ]。

為了治療 COVID-19,研究人員正在積極努力開發疫苗和有效藥物,這些都仍在臨床試驗中,可能需要一段時間才能上市。 最初,羥氯喹和阿奇黴素已被重新用於降低 COVID-19 患者的病毒載量 [ 4 ],但隨後顯示這些藥物的效果較差。 此外,分子對接研究也在進行,以預測合適的藥物來抑制病毒。 序列分析、分子對接和 體外 研究表明,索非布韋、利巴韋林(用於治療丙型肝炎)和瑞迪西韋(一種核苷酸類似物,用於治療埃博拉病毒病和馬爾堡病毒感染)等抗病毒藥物可用於抗病毒治療。新的冠狀病毒株並提出了有希望的數據 [ 5 ]。 據報導,抗寄生蟲藥物伊維菌素也能 抑制 SARS-CoV-2 的複制 在體外 [ 6 ]。 即使有所有這些獨立報告,也不容易確定結果是完全抑制病毒還是在更嚴重的副作用下獲益最小。 例如,羥氯喹被廣泛用於治療瘧疾、紅斑狼瘡和類風濕性關節炎。 但這種藥物有副作用,如噁心、心臟問題、頭痛,偶爾會出現胃痙攣和輕度腹瀉。

許多植物提取物對抗各種病毒感染的能力提高了人們對它們成為未來抗病毒劑的期望。 植物提取物的抗菌作用主要是由於其次生代謝產物,如單寧、生物鹼和黃酮類化合物。 在次生代謝物中,發現類黃酮具有最大的抗病毒活性 [ 7 , 8 ]。 類黃酮被認為是最大的一組天然多酚,也是蔬菜、水果和植物性飲料中最普遍的一類化合物。 已知至少有 8000 種具有類黃酮結構的化合物,其中許多是造成花、果和葉美麗色彩的原因 [ 9 ]。

類黃酮對與動脈粥樣硬化相關的變量產生積極影響,包括血管反應性、血小板計數增加和脂蛋白氧化 [ 10 ]。 食用富含類黃酮的飲食會產生抗氧化、抗血栓形成、抗炎和低血脂的情況,可降低心血管死亡率 [ 11 ]。 黃酮類化合物還具有抗菌和抗炎作用。 因此,最近,治療和營養研究的重點是類黃酮。 槲皮素是大多數水果、蔬菜和少數植物葉子中必不可少的天然黃酮類化合物之一。 它預防心血管疾病,用於治療神經退行性疾​​病,如阿爾茨海默病和帕金森病 [ 12 ]。 這種分子額外提供保護對抗癌症,細胞凋亡,關節炎,潰瘍,胃炎,糖尿病,膀胱感染和具有抗菌和抗病毒活性[ 12 13 14 15 16 17 18 19 ]。 槲皮素的廣譜抗病毒活性已通過各種科學研究得到充分證明,並被發現是一種非常有效的化合物,可以對抗許多人類病毒性疾病。 在這篇綜述中,我們討論了槲皮素的作用方式和抗病毒特性。 我們還專注於預測其生物學作用,包括抑制 SARS-CoV-2 的關鍵酶,並推測了通過將槲皮素與鋅離子結合的組合藥物方法的可能性。

槲皮素作為 nCoV 藥物的前景

槲皮素及其作用方式

槲皮素廣泛存在於蘋果和柑橘等水果以及洋蔥、西蘭花、羽衣甘藍和番茄等蔬菜中 [ 20 , 21 ]。 此外,木瓜葉、綠茶葉和紅茶葉、蕎麥、種子和穀物都含有大量的槲皮素。 槲皮素包含兩個苯環(A 和 B),由具有苯並吡喃酮骨架結構的獨特碳環 C(C6-C3-C6)連接 [ 22 ]。 這種植物黃烷醇是一種抗氧化劑,周圍有多個 OH 基團,它通過提供氫原子來中和可能具有破壞性的自由基。 這樣,槲皮素就證明了其抗氧化特性。 槲皮素作為一種強還原劑,保護身體組織免受氧化應激,其抗氧化活性可提高細胞存活率 [ 23 ]。 其促氧化活性促進癌細胞凋亡,從而防止腫瘤增殖。 腫瘤生長抑制試驗報導,槲皮素可抑制 K562 人慢性粒細胞白血病、HT-29 人結腸腺癌和人乳腺癌細胞系的增殖。 24 ]。 槲皮素是一種潛在的活性氧清除劑和一種強抗氧化劑,可螯合金屬離子 [ 25 ]。

提出的另一種可能的作用方式是通過靶向活性位點的關鍵氨基酸殘基與各種酶相互作用。 槲皮素的抗炎活性歸因於抑制環氧合酶,該酶負責合成前列腺素,包括血栓素和前列腺素 [ 26 ]。 此外,槲皮素與槲皮素單醣苷一起抑制動脈粥樣硬化的發展,通過抑制通過氧化修飾低密度脂蛋白的酶 15-脂氧合酶 [ 25 ]。 同源建模、分子對接和 體內 研究表明,槲皮素的抗病毒特性是通過抑制病毒複製和包裝的關鍵酶,降低宿主細胞中的病毒載量。 發現接受槲皮素口服治療的小鼠可以預防 Mengo M 、Col. SK, MM、腹膜內腦 和 Mengo M,L 心肌炎 病毒感染。 這項研究表明,巨噬細胞的作用是槲皮素有效而不是胸腺所必需的。 27 ]。

槲皮素及其衍生物的抗病毒活性

槲皮素在幾個階段干擾病毒複製。 通過抑制 PI-3 激酶,槲皮素可阻斷病毒的內吞作用。 病毒基因組的轉錄因 RNA 依賴性 RNA 聚合酶的抑製而停止,並且通過促進 eIF4G 的切割,病毒蛋白的翻譯被破壞。 此外,通過增強線粒體相關的抗病毒反應,發現槲皮素可增加病毒清除率 [ 28 ]。 所有這些都減少了促炎反應。

在 rauscher 鼠白血病病毒 (RLV) 和人類免疫缺陷病毒 (HIV) 中,表明槲皮素能夠抑制病毒逆轉錄酶 [ 29 ]。 槲皮素顯著增強了腫瘤壞死因子 (TNF) 對腦心肌炎病毒 (EMCV) 和水泡性口炎病毒 (VSV) 的抑製作用。 TNF 與槲皮素聯合誘導 2',5'-寡聚腺苷酸合成酶(RNase L 系統是一種對病原體相關分子模式作出反應的先天免疫途徑)的表達 [ 30 ]。

槲皮素還通過減少負鍊和正鏈 RNA 的複制以及衣殼蛋白的翻譯來抑制引起普通感冒的鼻病毒 (RV) [ 28 ]。 此外,槲皮素通過與病毒的糖蛋白血凝素的 HA2 亞基相互作用來抑制各種流感病毒株的感染,在感染的早期階段起重要作用 [ 31 ]。 這種黃酮類化合物通過抑制 HSV 蛋白(如糖蛋白 D 和受感染細胞蛋白 (ICP0) 以及基因如 ICP0、UL13 和 ICP0、UL13 和UL52 [ 32 ]。 同樣,細胞系研究已經證明槲皮素具有抗馬科動物皰疹病毒 1 [ 的抗病毒特性 33 ] 和日本腦炎病毒 [ 34 ] 。

通常發現槲皮素及其衍生物在抗病毒活性方面相互補充。 槲皮素與槲皮素組合顯示出良好的抗登革熱病毒 2 型活性並降低細胞毒性 [ 35 ]。 發現替代形式的槲皮素具有增強的抗病毒活性 [ 36 ]。 槲皮素及其衍生物槲皮素 3-O-糖苷 (Q3G) 顯示出良好的抗 Mayaro 病毒 [ 37 ] 和抗甲型流感病毒活性 [ 38 ]。 此外,這種葡萄糖苷衍生物 均具有抗埃博拉病毒的抗病毒功效 在體外 體內 。 Q3G 在病毒生命週期中糖蛋白介導的步驟中更具體地影響病毒進入 [ 39 ]。 ELISA 結果顯示,Q3G 以劑量依賴性方式抑制寨卡病毒的複制,非結構蛋白 1 的表達降低就證明了這一點 [ 40 ]。

槲皮素 7-鼠李糖苷 (Q7R) 和其他結構類似物槲皮素、芹菜素、木犀草素和兒茶素已被證明對豬流行性腹瀉病毒具有抑制活性 [ 41 ]。 抗病毒特性是通過它們對病毒早期復制的干擾。 同樣,還發現槲皮素 3-鼠李糖苷可以抑制甲型流感病毒的複制 [ 42 ]。 常見人類病毒中槲皮素的靶蛋白,導致其抗病毒特性,總結在表 1 中

表1 槲皮素在人類病毒中的靶蛋白及其功能

槲皮素靶向 SARS-CoV-2 主蛋白酶 3CL pro

3C 樣蛋白酶 (3CL pro ) 是一種半胱氨酸蛋白,被稱為冠狀病毒中的主要蛋白酶。 這種酶對於將病毒多蛋白裂解和加工成效應蛋白,促進病毒在宿主細胞內復制和包裝至關重要 [ 2 ]。 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 的基因組僅具有中等序列相似性 (79.0%),而 相似性 3CL pro 基因的 >95.0%,因此 SARS-CoV 3CL 的抑製劑 pro 將是有前途的 nCoV 藥物。 槲皮素 具有 >80.0% 的體外 抑制活性,IC 50 的重組 3CL 值為 73 μM pro 對在 表達 蛋白 畢赤酵母中 [ 43 ]。

基於分子對接、SPR/FRET(表面等離子體共振/熒光共振能量轉移)的生物測定和誘變研究表明,槲皮素衍生物 Q3G 可作為 的 3CL 潛在抑製劑 pro SARS-CoV 的 [ 46 ]。 分子建模和突變研究表明,Gln 189 是 SARS-CoV 3CL 催化口袋中的決定性氨基酸殘基之一, pro 其中 Q3G 主要相互作用,導致酶抑制。

最近的分子對接研究和 在計算機芯片上 篩選草藥也認為,槲皮素為3CL的潛在抑製劑的一個 SARS-CoV的-2 [ 47 48 49 ]。 一項中醫研究報告稱, 槲皮素 香椿 提取物中的 具有有效的抗 SARS-CoV 特性,可抑制病毒細胞進入、吸附和滲透到靶細胞中 [ 50 ]。 槲皮素還可能抑制腸道病毒 EV71 蛋白酶 3CL 的活性 pro ,從而減緩病毒複製。 分子建模和對接研究預測槲皮素被插入到 EV71 3CL 的底物結合口袋中 pro ,阻止底物識別、蛋白質活性,從而阻止病毒複製 [ 44 ]。 這些調查點是有效抑制SARS冠狀病毒3CL槲皮素 可以針對SARS冠狀病毒-2病毒3CL 也。 目前,其他 SARS 病毒蛋白,如 PL pro 、非結構蛋白 (NSPs) 和 RNA 指導的 RNA 聚合酶在與槲皮素的分子對接和 體外 研究。 據報導,槲皮素可能與登革熱 2 病毒 (DENV-2) 的 NS2B-NS3 蛋白酶複合物對接 [ 45 ]。

美國食品和藥物管理局 (FDA) 已批准槲皮素對人類食用是安全的,因為其細胞毒性非常低(國家藥品代碼為 65448-3085 和 65448-3005 [ 51 ]。研究和臨床試驗正在進行中)確立槲皮素作為抗 SARS-CoV-2 的潛在藥物。到目前為止,已有兩項槲皮素針對 COVID-19 的註冊臨床試驗,註冊於 槲皮素對 COVID-19 http://www.clinicaltrials.gov 。研究“ 的可能影響” COVID-19 的預防和治療”(ClinicalTrials.gov 標識符:NCT04377789),於 2020 年 3 月 20 日開始,招募了 50 名參與者,並考慮了槲皮素的抗氧化和抗病毒特性以及開發無副作用藥物的可能性。

槲皮素與鋅離子的組合

儘管鋅是許多細胞酶的必需輔助因子,但發現它可以阻斷幾種病毒的 RNA 依賴性 RNA 聚合酶 (RdRp) [ 52 , 53 ]。 較高水平的細胞內鋅會增加細胞內 pH 值,影響 RdRp 活性並減少病毒複製。 體外 研究表明,Zn 2+ 離子可以在模板結合和延伸步驟中抑制 SARS-CoV RdRp (nsp12)。 此外,鋅離子可以阻斷馬動脈炎病毒 (EAV) [ 的 RNA 合成的起始步驟 52 ] 。 此外,同一項研究報告稱,鋅離子和鋅離子載體吡啶硫酮的組合可有效抑制細胞培養物中的冠狀病毒和動脈病毒複製。 在另一項研究中, 體外 體內 實驗均表明,鋅離子可以通過抑制病毒 RdRp 的活性來阻斷戊型肝炎病毒的複制 [ 53 ]。 帶電的鋅離子需要轉運蛋白才能流入細胞,而槲皮素作為離子載體,介導鋅通過質膜流入細胞。 54 ]。 在將這些結果相關聯的同時,很明顯槲皮素和鋅的組合是對抗 SARS-CoV-2 的潛在策略,以更低的細胞毒性提供更大的抗病毒功效。 槲皮素可能通過直接抑制病毒 3CL 發揮雙重作用 pro 和通過充當鋅流入的離子載體間接支持阻斷 RdRp 來 。

考慮到較低的副作用,許多研究人員嘗試了從天然產物中開發 nCoV 藥物的可能性 [ 55 , 56 , 57 ]。 在 註冊的 COVID-19 治療中鋅和槲皮素複合物的第二項研究 對 COVID-19 http://www.clinicaltrials.gov ,“鋅、槲皮素、菠蘿蛋白酶和維生素 C 的四聯療法 感染患者臨床結果的研究-19”(Clinical Trials.gov 標識符:NCT04468139)於 2020 年 6 月 20 日開始,對 COVID-19 患者使用鋅、槲皮素、菠蘿蛋白酶和維生素 C 的四聯療法。 該配方在抗炎劑菠蘿蛋白酶和抗氧化劑和免疫增強劑維生素 C 的幫助下,利用槲皮素和鋅之間的相互作用來阻斷 SARS-CoV-2 RdRp。

槲皮素調控 microRNA 基因

名為 miRNA 的非編碼小 RNA 在發育生物學中發揮著關鍵作用,並顯示出以序列特異性方式使病毒複製沉默。 很少有研究將槲皮素和 miRNA 相關聯,將 miRNA 直接置於防禦作用中。 現有數據表明,槲皮素可調節 miRNA 的表達,這些 miRNA 對特定疾病特別是癌症有反應。 例如,當飼餵富含槲皮素的飲食時,在肺腫瘤組織中觀察到多種 miRNA 的差異表達。 有趣的是,更頻繁地食用富含槲皮素的食物與屬於 let-7 miRNA 家族的 miRNA 的表達密切相關 [ 58 ]。 槲皮素治療導致 miRNA let-7c 的上調,其通過 Numb 樣 (NumbL) 基因的轉錄後激活抑制胰腺癌進展 [ 59 ]。 在另一項研究中,槲皮素和槲皮素-3-O-半乳糖苷以等比例應用時,會下調 786-O 腎癌細胞中的致癌 miRNA-27a。 60 ]。 這些研究表明,槲皮素還可以誘導miRNA基因的表達,尤其是在癌細胞中。

近年來,基於 miRNA 的療法引起了研究人員的注意,一些精確 的計算機 研究正在啟動,以將 SARS-CoV2 的基因組與人類 mirNome 聯繫起來,以了解 miRNAs 在 SARS-CoV-2 感染中的作用。 一項基於計算研究的調查推測,miR-27b 在 SARS-CoV-2 感染中起著重要的調節作用,並且與 ACE2 有很強的相關性。 在分析的 miRNA 中,miR-27b 是獨一無二的,其目標基因在印度 SARS-CoV2 基因組中是在其他國家的菌株中缺失的 [ 61 ]。 計算分析預測基因 Envelope ORF6 ORF1ab 是不同人類成熟 miRNA 的目標 [ 62 ]。 一項 計算機 基於 雜交的分析預測,來自 SARS-CoV2 的五個基因組的 22 個潛在 miRNA 與 12 個人類 miRNA 相關。 據報導,Hsa-mir-1267、hsa-mir-1-3p 和 hsa-mir-5683 是人類候選 miRNA,它們在所有五種病毒性 SARS-CoV2 miRNA 之間共享。 63 ]。 遺憾的是,缺乏證據表明槲皮素可以調節參與中和病毒感染的候選 miRNA 的表達。 在本次會議中,我們假設槲皮素可能正在調節可能靶向 SARS-CoV-2 基因組的人類候選 miRNA,並將其關聯起來。 圖 顯示了槲皮素影響其抗病毒特性的可能多種途徑 1 。 需要進行詳細 的體外 體內 研究,以驗證參與 SARS-CoV-2 基因表達的候選 miRNA,並證明槲皮素參與其調節。

圖。1
圖1

槲皮素影響其抗病毒特性的多種途徑

概念證明

方法

2020 年,我們訪問了 Google Scholar、Web of Science 和 PubMed 以識別具有搜索字符串的出版物:“槲皮素*”、“類黃酮*”、“COVID-19*”、“關鍵蛋白質*”、“nCoV*” 、“植物藥*”、“藥物設計*”、“抗病毒*”、“植物化合物*”、“虛擬篩選*”、“miRNA*”、“鋅*”等。

為了證明我們的觀點,即槲皮素可能是一種針對新型冠狀病毒的潛在藥物,我們遵循了分子對接方法。 從 PDB 中檢索出冠狀病毒 10 個關鍵蛋白的三維結構。 2019-nCoV 主蛋白酶(PDB ID:6LU7、6Y84、6YB7),2019-nCoV 表面刺突糖蛋白受體結合域(S 蛋白,PDB ID:6M17),2019-nCoV 刺突糖蛋白(PDB ID:6VXX),2019 -nCoV RNA 複製酶(PDB ID:6W9Q)、2019-nCoV RNA 結合蛋白(PDB ID:6W4B)、2019-nCoV 木瓜蛋白酶樣蛋白酶(PDB ID:6W9C)、SARS 冠狀病毒木瓜蛋白酶/脫泛素酶(PDB) ID:3E9S)、2019-nCoV RNA 依賴性 RNA 聚合酶(PDB ID:7BTF、6M71、6NUR)、SARS 冠狀病毒主肽酶(PDB ID:2A5I)和 SARS 冠狀病毒主肽酶,其 N 端有一個額外的 Ala每個原體(PDB ID:2GTB)都是研究中使用的蛋白質。 每個蛋白質/蛋白質複合物的鏈按照 PDB 中的描述進行鑑定。 使用 CASTp3.0 網頁識別蛋白質的活性位點。 將蛋白質和配體的 3D 結構加載到分子對接軟件 AutoDock 4.2 中。 AutoDock 中提供了識別的活動站點,並相應地設置了對接網格並執行對接。

結果

記錄了幾個關鍵靶蛋白構象與槲皮素的結合能(表 2 )。 的主要蛋白酶或3CL Pro 新型冠狀病毒 是介導病毒複製的關鍵酶,介導病毒複製和轉錄[ 64 ],已被許多研究人員確定為潛在的藥物靶點[ 72 ]。 PDB 提供的三個確認已與槲皮素獨立對接,並發現所有確認均與配體對接。 交互的殘基為LYS88​​,TYR101,LYS137,GLY138,ASP289,GLY143,和CYS145與對接能量- 6.71千卡/摩爾(圖 2 A-C)。

表2 冠狀病毒各種蛋白與槲皮素配體的分子對接
圖2
圖2

關鍵蛋白質與槲皮素的分子對接。 一種 2019-nCoV 主蛋白酶(PDB ID:6LU7)。 b 2019-nCoV 主蛋白酶(PDB ID:6Y84)。 c 2019-nCoV 主蛋白酶(PDB ID:6YB7)。 d 表面刺突糖蛋白的 2019-nCoV 受體結合域(PDB ID:6M17)。 e 2019-nCoV 刺突糖蛋白(PDB ID:6VXX)。 f 2019-nCoV RNA 複製酶(PDB ID:6W9Q)。 g 2019-nCoV RNA 結合蛋白(PDB ID:6W4B)。 h 2019-nCoV 木瓜蛋白酶樣蛋白酶(PDB ID:6W9C)。 i SARS 冠狀病毒木瓜蛋白酶/去泛素酶(PDB ID:3E9S)。 j 2019-nCoV RNA 依賴性 RNA 聚合酶(PDB ID:7BTF)。 k SARS冠狀病毒主肽酶(PDB ID:2A5I)。 l SARS冠狀病毒主肽酶,每個原體的N端有一個額外的Ala(PDB ID:2GTB)

人體細胞表面的血管緊張素轉換酶 2 (ACE2)-B°AT1 複合物通過與表面刺突糖蛋白的受體結合域 (RBD) 相互作用識別 SARS-CoV [ 65 ],因此 RBD 也是一個潛在的藥物靶點[ 73 ]。 對接RBD槲皮素表明良好的互動在SER349,LEU441,和ASN450用的結合能- 5.56千卡/摩爾(圖 2 d)。 同樣,新型冠狀病毒的刺突糖蛋白是一個很有前景的藥物靶點[ 74 ],該蛋白也與槲皮素對接。 殘基ASP88,ASP198,ILE233,ILE235和發現與槲皮素相互作用與良好的結合能- 5.19千卡/摩爾(圖 2 E)。 ACE2 是一種定位於肺泡上皮細胞的跨膜蛋白。 它作為一種單羧肽酶,從血管緊張素 II 上切割單個 C 端殘基,產生血管緊張素 [ 75 ]。 ACE2 被鑑定為 SARS-CoV-2 刺突蛋白(S 蛋白)的受體,可滲透到宿主細胞中。 據預測,SARS-CoV-2感染可以通過抑制S蛋白與宿主ACE2的相互作用而內向。 因此,槲皮素可能通過削弱病毒 S 蛋白與 ACE2 受體的結合來阻止 SARS-CoV-2 進入細胞。 一個 體外 研究表明,槲皮素及其衍生物可抑制 42-48% 的重組人 ACE2 活性。 他們的結果推斷, ,槲皮素的 IC 50 在測試的其他多酚中 為 4.48 μM,是最有效的重組人 ACE2 抑製劑 [ 76 ]。 我們的對接研究 協助 體外 體內 通過預測與槲皮素結合的目標殘基來 研究。

根據劉等人。 [ 76 ] 抑制 ACE2 可能是不受歡迎的,因為功能性 ACE2 通過減少血管緊張素 II 1 型受體通路的激活來抑制炎症。 SARS-CoV-2 使用 ACE2 作為受體進入細胞,由此產生的 ACE2 蛋白水解導致肺損傷。 破壞 S 蛋白和 ACE2 相互作用可能會阻止 SARS-CoV-2 進入細胞,但抑制 ACE2 活性可能不利於感染恢復。 分子對接分析還表明,槲皮素對病毒刺突蛋白具有高結合親和力。 槲皮素被列為 S 蛋白-ACE2 受體界面得分最高的配體之一,這在美國已經過監管審查 [ 77 ]。

新型冠狀病毒RNA複製酶的關鍵酶也與槲皮素對接。 3.89千卡/摩爾(圖-與LEU45槲皮素和THR109殘基與結合能相互作用的蛋白 2 F)。 冠狀病毒中的複制酶機制是一種重蛋白複合物,對該複合物的任何修改都可能使病毒的增殖和轉錄失活 [ 78 ]。

在 RNA 病毒中,RNA 結合蛋白在控制從復製到翻譯的許多細胞過程中發揮著重要作用。 的RNA結合蛋白6W4B從槲皮素新型冠狀病毒對接已經顯示出在PRO58和有源交互THR68殘基與一個良好的結合能- 5.44千卡/摩爾(圖 2 克)。

在冠狀病毒中,複製酶多蛋白複合物最初必須經過蛋白水解處理才能獲得其功能。 這是由兩種半胱氨酸蛋白酶完成的,一種是胰凝乳蛋白酶樣蛋白酶或主要蛋白酶 (3CL 另 pro ), 一種是木瓜蛋白酶樣蛋白酶 (PL pro ) [ 67 , 68 ]。 此外,PL pro 通過與 STING-TRAF3-TBK1 複合物的相互作用抑制 I 型乾擾素信號通路,導致免疫力降低 [ 79 ]。 因此,這種蛋白質複合物可以成為潛在的藥物靶點。 2019-nCoV 木瓜蛋白酶樣蛋白酶與槲皮素的對接在 GLN30 處顯示出良好的相互作用,結合能為 - 2.18 kcal/Mol(圖 2 h)。 在 AutoDock 中,當使用較小的配體(如槲皮素)進行對接時,結合能應較低。 同樣,也嘗試與 SARS 冠狀病毒木瓜蛋白酶/去泛素化酶對接。 這種相互作用也已在LYS158,ASP165顯示出良好的相互作用,並THR169殘基的結合能量- 3.37千卡/摩爾(圖 2 i)中。

RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp)是冠狀病毒在宿主細胞中復制的非常重要的蛋白質複合物,被認為是潛在的藥物靶點[ 80 ]。 發現與 SARS CoV-19 的 RdRp 具有良好對接分數的中藥化合物的化學結構具有良好的抗病毒活性 [ 81 ]。 徐等人。 [ 82 ] 報導ASP760 和ASP761 是構成RdRp 催化域的關鍵氨基酸殘基。 在這項研究中,這種酶的3確認槲皮素和TYR619,CYS622,ASP623,ASP761,和SER841已分別停靠被發現提供了良好的相互作用的結合能量- 5.41千卡/摩爾(圖 2 j)的。 因此,為了改變目標病毒蛋白的確認並抑制它們,槲皮素的結合可以在病毒蛋白的任何活性位點,而不必在與人類蛋白相互作用的位點。 這些結果表明槲皮素是病毒 RdRp 的強抑製劑,進一步 在體外 體內 研究可以證明這種神奇分子的潛力。 槲皮素靶向 RdRp 活性位點 ASP761 可能是抑制 SARS-CoV-2 複製的潛在治療選擇。 阿夫塔布等人。 [ 83 ] 還使用計算方法並預測 ASP761 還與抗病毒藥物 Galidesivir(一種核苷酸類似物,用於治療埃博拉病毒病、馬爾堡病毒病和寨卡病毒)強結合,這表明槲皮素與 Galidesivir 具有相似的潛力。 Galidesivir 也在巴西進行 COVID-19 的第一階段人體試驗(ClinicalTrials.gov 標識符:NCT03891420)。

SARS 冠狀病毒主肽酶在病毒的生命週期中起著至關重要的作用 [ 70 ],並且是開發抗 SARS 藥物的主要目標 [ 71 ]。 SARS 冠狀病毒主肽酶在 TYR54、GLU55 和 ASP187 殘基處與槲皮素相互作用,結合能為 - 5.12 kcal/Mol(圖 2 k)。 SARS冠狀病毒主肽酶在每個原體的N末端具有額外的Ala的確認另外與槲皮素對接,這也顯示了在THR111和ASP153殘基處的相互作用,結合能為-5.20 kcal/Mol(圖 2) l)。

因此,表明槲皮素是治療人類 COVID-19 的潛在藥物分子。 我們實驗的所有十種關鍵蛋白質都顯示出在多個氨基酸殘基上的良好相互作用,並具有令人滿意的結合能。 啟動從 開始的藥物製劑的進一步步驟 體外 體內 必須緊急 動物模型實驗 。

結論

COVID-19 目前是世界上最嚴重的流行病,立即需要治療分子和疫苗。 槲皮素具有許多健康益處,包括預防各種病毒性疾病、心血管疾病、骨質疏鬆症和多種癌症。 這種多效性化合物具有與不同細胞目標相互作用併中斷各種細胞通路的官能團。 已確定槲皮素抗病毒活性的早期研究將為開發有效、安全且負擔得起的天然製劑用於治療和預防新型冠狀病毒鋪平道路。 本綜述主要關注基於槲皮素的 SARS-CoV2 藥物的開發前景,基於其抑制病毒關鍵酶的能力。 鋅在抑制 RdRp 中的已證實作用,導致抑制病毒複製,表明其對 SARS-CoV-2 感染的治療價值。 感染過程中候選 miRNA 基因表達的潛在機制,以及槲皮素在其調控中的作用需要使用 體外 體內 系統。 一些關於使用槲皮素治療 COVID-19 的臨床試驗正在進行中,但必須緊急開展大量工作來製定基於槲皮素的藥物。 此外,本文通過展示來自 SARS-CoV-2 的關鍵蛋白質與槲皮素的對接,提供了概念證明。 通過分子對接實驗的所有關鍵蛋白都對接在多個殘基上,結合能令人滿意,表明槲皮素是一種潛在的藥物分子; 進一步的研究必須緊急轉向 體外 體內 模型系統,以便儘早使用基於槲皮素的藥物。

數據和材料的可用性

沒有與這項研究相關的額外數據。

縮寫

新冠肺炎:

2019冠狀病毒病

SARS-CoV-2:

嚴重急性呼吸系統綜合症冠狀病毒 2

演員表:

蛋白質表面形貌的計算圖譜

3CL

3C樣蛋白酶

RdRp:

RNA依賴性RNA聚合酶


免責聲明

本評論基於視角,面向專業觀眾; 本綜述的座右銘是激發新思想並協助全球努力開發有效的 COVID-19 疾病治療分子。 本文不代表對患者的醫療建議或建議。 媒體在提及本文時應謹慎行事並尋求專家醫療建議進行解釋。

資金

沒有任何。

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