作者：Chukhuma Muanya
2022年4月21日
来源：https://guardian.ng/features/leafy-greens-algal-metabolites-as-novel-drugs-against-covid-19/
叶菜，来源：Shutterstock
•研究表明，天然植物化学物质可能抑制SARS-CoV-2主要蛋白酶
•研究发现，紫外线LED灯可以通过扳动开关杀死冠状病毒、HIV
•有毒海蜗牛的致命毒液可能是开发新止痛药的关键
科学家已经验证了导致2019冠状病毒疾病的严重急性呼吸综合征2型冠状病毒（SARS-CoV-2）的更自然的“治疗”。在最近的研究中，科学家发现十字花科蔬菜，如西兰花、抱子甘蓝和卷心菜，藻类代谢物和天然代谢物抑制病毒。
另一项研究还发现，办公室和公共场所使用的同样的灯泡可以摧毁冠状病毒和人类免疫缺陷病毒（HIV）。
事实上，尽管接种2019冠状病毒疾病疫苗取得了成功，但科学家强调需要开发有效的病毒治疗方法。美国约翰·霍普金斯大学的研究人员最近在《传播生物学》杂志上发表的一项研究中，讨论了使用异硫氰酸盐莱菔硫烷（SFN）治疗引起2019冠状病毒疾病和季节性人类冠状病毒（HCoV）-OC43感染的严重急性呼吸综合征2型冠状病毒（SARS-CoV-2）。
莱菔硫烷是有机硫化合物中异硫氰酸酯基团内的一种化合物。它来自十字花科蔬菜，如西兰花、芽甘蓝和卷心菜。当芥子酶在植物受损时（如在食物制备过程中咀嚼或煮沸），将葡萄糖拉法宁（一种硫代葡萄糖苷）转化为萝卜硫素，从而使这两种化合物混合并发生反应时，就会产生芥子酶。西兰花和花椰菜的幼芽中含有特别丰富的葡糖苷酸。
莱菔硫烷存在于西兰花芽中，在十字花科蔬菜中，莱菔硫烷的前体葡糖苷的浓度最高。它也存在于卷心菜、花椰菜、芽甘蓝、白菜、甘蓝、羽衣甘蓝、芥菜和豆瓣菜中。
虽然已经有一些关于莱菔硫烷如何在体内发挥有益作用的基础研究，但没有高质量的证据表明其对人类疾病的疗效。
在目前的研究中，VeroC1008细胞在接种HCoV-OC43或SARS-CoV-2野生型毒株之前，与SFN一起培养一到两个小时。发现SFN对两种冠状病毒均能有效抑制病毒相关细胞死亡，且呈剂量依赖性。HCoV-OC43和SARS-CoV-2的中位抑制浓度（IC50）分别在10微摩尔（µM）和12µM时相似。
为了证实这些结果，在人类二倍体成纤维细胞系MRC-5中仅使用HCoV-OC43进行了相同的检测。该试验显示了非常相似的结果，尽管IC50略高，为18µM。细胞毒性也具有类似的剂量依赖性，细胞毒性的中位剂量（TD50）在73µM和89µM之间。
在感染前或感染期间添加SFN时，其抑制作用相似，因此研究人员推测它对细胞外进入和细胞内病毒过程都有影响。随后，研究了SFN与雷德西韦联合的潜在协同效应，发现每种药物的有效联合率低于相应的IC50值。
然后，研究人员试图在小鼠模型中评估SFN治疗的抗病毒效果。将表达人血管紧张素转换酶2（ACE2）的转基因小鼠接种SARS-CoV-2的8.4 x 106 TCID50。从病毒接种后一天开始，每天口服给小鼠剂量的SFN。
所有受感染的小鼠在第四天都表现出显著的体重减轻；然而，到第六天时，很明显，SFN治疗的小鼠比对照组的体重减轻明显更少。当检测感染小鼠的肺泡液和肺病毒滴度时，用SFN治疗的小鼠的病毒负荷显著降低。
与未经SFN治疗的小鼠相比，经SFN治疗的小鼠的肺部病理学也显著降低，肺泡和细支气管周围炎症水平较低。spike蛋白的免疫染色也显示了感染动物肺部内更广泛的感染分布。
然后使用高维流式细胞术来评估与对照组相比，使用免疫调节药物治疗的小鼠可能出现的任何变化。脾脏的变化显示出微小的差异；然而，这些发现并不显著。
当观察肺部的变化时，发现SFN治疗显著减少了肺部髓样细胞的募集，这在2019冠状病毒疾病中常见。这种作用可能会减少炎症和免疫相关损伤。
肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞的激活也显著降低，它们可以引入更多的细胞因子。从小鼠肺部分离的CD8+和CD4+T细胞的活化和增殖标记物表达显著降低。
SFN在体内和体外均能显著抑制SARS-CoV-2感染。因此，这里描述的重要证据支持进一步的研究，特别是考虑到SFN与已经批准的雷德西韦的协同作用。
SFN可以帮助发展中国家在低接种率下挣扎，如果出现新的变种，并增强逃避疫苗诱导免疫的能力，SFN也可以支持发达国家。
此外，最近发表在Research Square预印本服务器上的一项研究，目前正在《分子模拟杂志》上审议，评估了针对严重急性SARS-CoV-2主要蛋白酶（Mpro）的潜在活性天然植物化学物质的分子动力学。
SARS-CoV-2疫苗显著抑制了2019冠状病毒疾病大流行引起的发病率和死亡率。然而，对于给药后与疫苗相关的健康并发症，有相当多的怀疑。
本研究调查了四种草药中的植物化学成分在中和SARS-CoV-2 Mpro中的有效性及其作用机制。
该团队使用了SARS-CoV-2 Mpro受体，该受体由具有β-桶的结构域I和II组成，而结构域III具有α-螺旋。对该受体进行了对接和可视化。分别使用Aegle marmelos、Coleus amboinicus、Aerva lanta和Biophytum sensitivum组成的20、24、17和26种植物化学物质来获得这些植物化学物质。
然后，该研究评估了筛选药物的药物相似性，确保每种化合物的分子量不超过500 g/mol，氢供体不超过5个，氢受体不超过10个，可旋转键不超过10个，极性表面积（PSA）不超过140个，氢键供体和受体总数不超过12个。
此外，还评估了药物的五种药代动力学特性，即吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADME/T）。定量构效关系（QSAR）用于计算ADME/T特性，如水溶性、细胞色素P450抑制（CYP250）、血脑屏障穿透（BBB）、肝毒性、血浆蛋白结合（PPB）和人体肠道吸收。
研究小组根据肽抑制剂N3的位置选择Mpro的结合位点。此外，通过高通量虚拟筛选（HTVS），在极性和非极性受体的相互作用位点形成了一个热点。此外，还计算了这些植物化学物质的结合能（BEs），并对具有高对接值的蛋白质-配体复合物进行了分子动力学（MD）模拟。
这项研究评估了从这四种草药中获得的87种植物化学物质。Aegle Marmelos植物化学物质的结合能范围为−8.55 kcal/mol至-7.14 kcal/mol，而LibDock得分在142.00至63.00之间。值得注意的是，虎皂甙元、盾叶皂甙元和脱氢罗马霉素的最高结合能分别为-8.55 kcal/mol、-8.54 kcal/mol和-8.53 kcal/mol。
此外，欧前胡素、邻戊烯基半正定醇、脱脂棉碱、黄原毒素、N-[2-乙氧基-2-（4-甲氧基苯基）乙基]肉桂酰胺、山羊草精、山羊草碱和脱水杏仁草碱的结合能范围为− 8.41千卡/摩尔至-8.06千卡/摩尔。
在Aegle Marmelos中发现的一种α-葡萄糖苷酶抑制剂，称为aegelinoside B，与谷氨酸-166（GLU166）、谷氨酰胺-192（GLN192）、苏氨酸-190（THR190）、精氨酸-188（ARG188）和GLN189相互作用。
在Aerva lanata中存在的17种植物化学物质中，一种具有生物活性的角蛋白-6-酮生物碱，称为ervoside，LibDock评分为129.69 kcal/mol。酪氨酸-54（TYR54）、组氨酸-172（HIS172）、半胱氨酸-145（CYS145）、丝氨酸-144（SER144）、蛋氨酸-165（MET165）和MET49等氨基酸残基与ervoside相互作用。
另一种名为阿魏酰酪胺的植物化学物质的LibDock评分为123.22 kcal/mol，与病毒蛋白有三个氢键。槲皮素的LibDock评分在110到130 kcal/mol之间，由于其与甘氨酸143（GLY143）、SER144和MET165氨基酸残基的五个氢键，对新冠肺炎相关的肾损伤具有保护作用。
表儿茶素存在于生物植物中，结合能为-7.69 kcal/mol。包括HIS164、HIS163、SER144、苯丙氨酸140（PHE140）和天冬酰胺142（ASN142）在内的残基与该配体相互作用。此外，所有的植物化学物质都存在于甘蓝菜中，LibDock分数低于100。
除3-羟基-4-甲氧基苯甲酸外，所有化合物均具有足够的口服生物利用度，可作为潜在的口服药物有效发挥作用。除4-甲氧基山奈酚、苯甲氧基山奈酚、4-甲氧基山奈酚、苯甲氧基山奈酚、4-甲氧基山奈酚、苯甲氧基山奈酚、4-甲氧基山奈酚和4-甲氧基山奈酚外，大多数药物的渗透性都很低。此外，γ-谷甾醇、脱水马尔梅林和豆甾-4-en-3-one显示出显著的血浆蛋白结合水平。
研究结果表明，从草药中获得的生化植物化学物质在针对SARS-CoV-2 Mpro受体方面具有效力。
根据这项研究，根据六种活性植物化学物质的显著对接分数，它们可以进一步评估为潜在的Mpro抑制剂。这些有效的植物化学物质是从阿尔瓦·拉纳塔（Aerva lanata）中提取的依维诺苷和阿魏酰酪胺，从生物植物Sensivium中提取的表儿茶素，以及从Aegle Marmelos中提取的环氧Aurapten、marmin和aegelinoside B。
研究人员相信，这些结果可以为进一步研究草药及其作为SARS-CoV-2治疗设备的用途奠定基础。
此外，从自然资源中提取的生物活性代谢物可作为治疗各种疾病的药物。发表在《生物技术杂志》上的一篇新综述文章提供了从藻类中提取的各种营养药物代谢物的信息。作者还讨论了这些生物活性代谢物治疗几种疾病的有效性，包括严重急性呼吸综合征冠状病毒-2（SARS-CoV-2），这是正在进行的2019年冠状病毒病（COVID-19）大流行的病原体。
藻类是原生动物王国的真核植物，起源于大约10亿年前。根据大小，这些光合生物被分为大型藻类（多细胞）和微藻（单细胞）。
除了维持地球上的二氧化碳水平和防止气候变化外，藻类还含有各种蛋白质和膳食纤维，可以作为抗炎剂、抗菌剂和疾病预防剂。从微藻中提取药物的关键优势之一是其代谢可塑性。利用光生物反应器可以大规模培养具有重要药理意义的藻类。
1950年，人们首次探索海洋生物以获得新药。在红藻、绿藻和褐藻中，红藻含有最多的生物活性化合物，例如多糖、脂类、多酚、类固醇、糖苷、类黄酮、单宁、皂甙、生物碱、三萜、蒽醌和强心苷。其中许多代谢产物具有抗菌、抗炎和抗氧化特性。此外，在微藻中，许多化学物质沉积在其细胞壁中，使其变厚，并对环境变化具有弹性。这就是为什么海藻能经受住恶劣条件的原因。
海藻的可食用形式含有高价值的化合物，如类胡萝卜素和虾青素，它们具有优异的抗氧化性能。这就是为什么海藻被广泛用作人类的健康补充剂，其市场价值达到34亿美元。海洋微藻（海藻）自然产生卡拉胶，由褐藻糖胶、岩藻甾醇、海藻酸钠和蛋白质组成的硫酸多糖。此外，被称为超级食品的螺旋藻是从名为钝顶螺旋藻的藻类中提取的。此外，从蓝藻中分离出的几种代谢物，如蓝藻病毒素、赛妥病毒素和微绒毛，可有效对抗各种病毒、细菌和真菌疾病。
许多藻类含有脂类，低值化合物以各种形式存在，如脂肪酸、甾醇、甘油酯、脂溶性维生素和磷脂。几项研究表明，微藻和大型藻都可以合成一类与治疗相关的脂肪酸，例如多不饱和脂肪酸（PUFA）。海藻甾醇，如岩藻甾醇、麦角甾醇和软骨甾醇，具有抗炎反应。从小球藻、裙带菜、雨生红球藻和鲁氏枝藻中提取各种具有重要医学意义的脂质和脂肪酸。几种类型的维生素，例如，维生素C、维生素E、维生素B2、B3、B9、B12、维生素K等，都是由藻类，例如，海洋骨骼藻、苏伊西四叶藻和毛壳藻合成的。
微藻和大型藻类都含有人体无法合成的所有必需氨基酸。这些必需氨基酸保护细胞免受自由基的损伤和攻击。Palmaria palmata由亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸和苏氨酸等氨基酸组成，类似于蛋清蛋白和卵清蛋白中的蛋白质含量。
大多数微藻含有多不饱和脂肪酸，包括二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，即两种最重要的ω-3脂肪酸。这些化合物可显著降低患心脏病的风险。Griffithsin（GRFT）是一种从大型藻类Griffithsia sp.中提取的蛋白质，具有抗人类免疫缺陷病毒（HIV）-1的特性。这种抗病毒药物还显示出对汉坦病毒和冠状病毒（如SARS-CoV-2和MERS）的有效性。科学家发现，GRFT与冠状病毒刺突蛋白S1亚单位的糖基化位点结合，可能是受体结合域（RBD），并抑制病毒感染。从红藻中提取的卡拉胶具有抗病毒活性。几项研究表明，它们可以抑制艾滋病毒、甲型肝炎、人乳头瘤病毒、登革热病毒、日本脑炎病毒和小鼠巨细胞病毒等病毒的复制。
褐藻糖胶是从棕色海藻的细胞壁中提取的，其中含有L-褐藻糖和硫酸盐残基。该化合物具有多种治疗活性，包括对冠状病毒、HIV、人类巨细胞病毒、冠状病毒、流感病毒和小鼠诺沃克病毒的有效性。其主要作用机制与硫酸基通过竞争带正电的病毒糖蛋白包膜附着到宿主细胞上阻止病毒进入宿主有关。最近，从棕色海藻日本糖精中分离的褐藻糖胶已显示出对抗SARS-CoV-2的有效性。Ulvans是从绿藻海藻中提取的硫多糖（SPS），例如Ulva sp.具有抗病毒、免疫调节、抗氧化、降血脂和抗癌特性。此外，这种代谢物有助于减少与胃肠健康相关的慢性疾病。
从水螅、石莼、龙须菜、乳突劳伦西亚、羊栖菜等植物中提取的藻类代谢产物也具有抗菌和抗真菌的特性。
通过对海洋资源的不断研究和开发，藻类及其代谢产物在功能性食品和营养中发挥着越来越重要的作用。目前，许多藻类代谢产物衍生药物正在进行临床和实验试验。大型和微藻含有类胡萝卜素、硫多糖、脂质、蛋白质和对健康至关重要的维生素，还可用于治疗和预防许多危及生命的感染和疾病，如SARS-CoV-2。藻类是高附加值生物复合物的巨大储库和宝库，广泛应用于食品、保健品、制药、化妆品和其他行业。
同时，根据T斯卡伯勒大学的一项新研究，办公室和公共场所使用的同样的灯泡可以消灭冠状病毒和艾滋病毒。
研究人员使用紫外线LED灯杀死了这两种病毒，这种灯可以在白光和去污紫外线之间交替使用。这项研究的资深作者克里斯蒂娜·古佐（Christina Guzzo）说，通过廉价的改装，它们还可以用于许多标准照明设备，使它们对公共空间具有“独特的吸引力”。
生物科学系助理教授古佐说：“我们正处在一个关键时刻，我们需要利用每一次可能的停留来摆脱这场大流行。”。“应该使用每一种易于实施的缓解策略。”
紫外线通过辐射杀死病毒。Guzzo与博士生Arvin T.Persaud和Jonathan Burnie一起，首先测试了因抗辐射而臭名昭著的细菌孢子（被称为短小芽孢杆菌孢子）上的灯光。
古佐实验室的首席研究员古佐说：“如果你能够杀死这些孢子，那么你可以合理地说，你应该能够杀死环境中常见的大多数其他病毒。”。
在紫外线照射的20秒内，孢子的生长下降了99%。
然后，研究人员制造了含有冠状病毒或HIV的飞沫，以模拟人们在公共场合遇到病毒的典型方式，如咳嗽、打喷嚏和出血。然后将这些飞沫暴露在紫外线下，并放置在培养基中，以查看是否有任何病毒保持活性。仅仅暴露30秒，病毒的感染能力就下降了93%。
在对不同浓度的病毒进行测试后，他们发现含有更多病毒颗粒的样本对紫外线更具抵抗力。但即使病毒载量如此之高，Guzzo称之为“最糟糕的情况”，传染性也下降了88%。
虽然这项研究没有包括紫外线，但古佐和她的学生们还将紫外线与实验室研究中使用的两种重型消毒剂进行了比较。他们发现这些灯在灭活病毒的能力上也同样有效。
她说：“我真的很惊讶，紫外线可以在与那些常用实验室化学品相同的水平上发挥作用，我们将其视为金标准。”。“这让我想，‘哦，天哪，这是一个合法的工具，但却没有得到充分利用。’”
虽然灯光仍然让一小部分病毒存活下来，但古佐引用了抵御新冠病毒的“瑞士奶酪模式”。每一种对抗病毒传播的策略都有漏洞，但每一层都是阻止病毒颗粒散落的又一个机会。
反复暴露在紫外线下是捕捉这些遗漏粒子的关键——幸运的是，这就像拨动开关一样简单。更换灯泡也比更换空气过滤系统简单。古佐指出，紫外线LED价格便宜，可以很容易地在现有的灯具中进行改装，灯泡寿命长，维护简单。
古佐说：“你可以用一种不会影响人们享受他们渴望的日常‘正常’生活的方式进行消毒。”。
这些灯也得益于自动化。每个房间都可以用标准化剂量的杀菌剂擦拭，而每个房间都可以用标准化剂量的杀菌剂擦拭。这些消毒剂产生的化学物质和废物最终也会流入集水区和垃圾填埋场，人们会洗手并扔掉湿巾。
但是这些光线并不是无害的，戴防晒霜和太阳镜也是有原因的——紫外线辐射会破坏核酸，反复、长时间的暴露是有害的。这就是为什么古佐说，当公共空间空无一人时，比如已经走完路线的空车，或者在楼层之间行驶的空电梯，就应该使用这些灯。自动扶梯扶手可以通过在轨道的地下部分放置紫外线灯，并在每次旋转时进行清洁来持续消毒。
总部位于多伦多的初创公司Safe Antivirus Technologies，Inc.与Guzzo合作进行了这项研究，该公司正在开发独特的UV-LED照明模块。有了运动传感器，当房间空无一人时，这些灯会自动切换到紫外线灯，然后随着运动恢复到常规光。
这项研究由自然科学和工程研究委员会（NSERC）联盟2019冠状病毒疾病基金资助，并发表在《病毒学杂志》上，该研究强调了紫外线LED作为一种工具，可以在大流行之外使用，理想情况下可以帮助预防另一种疾病。
古佐说：“像2019冠状病毒疾病大流行这样的世界性事件虽然很可怕，但希望仍能从中吸取教训。”。“我们学到的一件事是，这是一个未得到充分利用的工具，我们应该更多地考虑如何实施。”
此外，该研究还声称，有毒海蜗牛的致命毒液可能是开发新止痛药的关键。
格拉斯哥大学的科学家透露，他们计划利用自己的毒液来开发新的止痛药，这种止痛药比目前的选择更有效、更不易上瘾。
该项目的负责人安德鲁·杰米森博士说：“锥蜗牛似乎不太可能在药物发现方面取得突破，但它产生的芋螺毒素具有许多有趣的特性，这些特性已经在医学上显示出了希望。”
什么是锥形蜗牛？锥形蜗牛是海洋腹足类动物，其特征是锥形外壳和美丽的颜色图案。
锥形蜗牛有一颗鱼叉状的牙齿，能够注射一种对人类有害的强效神经毒素。大约有600种锥螺，都是有毒的。
他们在向受害者射出一颗有毒的鱼叉状牙齿之前，通过伸出一根称为长鼻的长软管进行毒刺。它们的毒液中含有一种名为芋螺毒素的化学物质——一种高效的神经毒性肽，通过阻断部分神经系统而导致瘫痪。
虽然这对任何挡在锥状蜗牛路上的人来说都是致命的，但研究人员相信，他们的肽的改良版本可以用于安全地阻断人类的疼痛受体。
格拉斯哥大学的研究小组正在与南安普顿大学的机器学习和人工智能专家合作，研究锥状蜗牛的毒液如何影响人类肌肉。
首先，该团队将研究芋螺毒素肽在分子水平上的结构。然后，他们将利用这些知识合成新的肽，这些肽有望与人类神经系统中一种特定类型的受体相互作用，这种受体被称为烟碱型乙酰胆碱受体（ornAChRs）。
最后，该团队将进行模拟，以确定合成肽与肌肉受体结合的有效性。
Jamieson说：“该项目汇集了英国多个学科的一些领先研究人员，以了解芋螺毒素的工作原理。
“然后，我们将研究如何设计新的类似物，以研究它们作为一系列医学应用的新药的有效性。
“这些新分子与烟碱乙酰胆碱受体相互作用的能力可能会导致新形式的麻醉用肌肉松弛剂，或止痛药，它们与阿片类药物一样有效，但不具有相同的成瘾性。
“这是一个令人兴奋的项目，我们期待着开始。”
尽管目前人类很少受到锥状蜗牛的严重伤害，但目前还没有可用的抗毒素。这意味着严重的刺痛无法得到有效治疗。
研究人员希望他们的项目也能有助于在未来开发出第一种芋螺毒素中毒的治疗方法。
本文转载自微藻博士微信公众号
