基于中药小分子紫草素的抗病毒抗炎机制研究

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2019年12月爆发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)已成为全球大流行病,严重威胁人类健康并造成巨大经济损失。据悉,在中国确诊病例中超过91.5%的患者使用过中医药进行治疗,同时临床观察表明中医药治疗率高达90%。中医药的安全性和“多成分、多靶点、多效应”的整体治疗特点,使其在防治新型冠状病毒肺炎临床治疗中起着至关重要的作用。当前中药小分子紫草素已成功靶向新型冠状病毒主蛋白酶(SARS-Co V-2 Mpro),其复合物空间结构已经成功解析,并且证明紫草素可通过抑制SARS-Co V-2 Mpro活性而具有抗新型冠状病毒作用。后续通过药物优化,有望进入临床。基于此我们深入研究了中药小分子紫草素的药理作用机制。本文主要研究紫草素的抗病毒、抗炎作用机制。(1)首先我们研究了较常见的人冠状病毒NL63(HCo V-NL63)。目前HCo V-NL63已导致在全球范围内传播。HCo V-NL63是在2004年从荷兰一名患有细支气管炎和结膜炎的7个月大婴儿中首次分离出来的。幼儿、老年人和免疫功能低下者对HCo V-NL63易感,常表现为咳嗽、发热、流鼻涕、细支气管炎和喉炎。HCo V-NL63占了人类呼吸系统疾病病原体的10%。然而,目前还没有针对HCo V-NL63感染的有效抗病毒药物。HCo V-NL63主蛋白酶(Mpro),也称为3C样蛋白酶(3CLpro),通过催化复制酶多蛋白(pp1a和pp1ab)裂解为功能亚基,从而在病毒复制和转录过程中发挥重要作用。此外,主蛋白酶在所有冠状病毒中高度保守,因此成为抗病毒治疗的重要药物靶点。本研究中,我们首次解析出了HCo V-NL63 Mpro在不同p H值下的四种apo晶体结构,分辨率高达1.78(?)。通过与人类β冠状病毒如SARS-Co V-2 Mpro和SARS-Co V Mpro相比,揭示了不同种属间的相同和不同的结构特征,并拓展了我们对冠状病毒多样性、功能和进化的认识。同时,我们对HCo V-NL63主蛋白酶与非共价抑制剂紫草素的复合物进行结晶筛选与优化,得到复合物共晶,进行数据收集和处理,得到2.25(?)分辨率。并采用FRET法测定紫草素对HCo V-NL63主蛋白酶的活性,结果表明紫草素对HCo V-NL63主蛋白酶具有抑制作用,半抑制浓度(IC50)达到16.91μM。通过对HCo V-NL63主蛋白酶及复合物晶体学研究,有助于人们了解冠状病毒主蛋白酶发挥作用机制,并结合已有研究成果,有利于针对冠状病毒的广谱抑制剂的开发。(2)此外,我们还研究了紫草素在预防大鼠术后腹腔粘连中的作用机制。目的:观察紫草素对大鼠术后腹腔粘连的预防效果并探讨其作用机制。方法:24只SPF级SD雄性大鼠(7周龄,200-210 g)随机分成空白对照组(C组,n=6)、模型组(M组,n=9)、紫草素预防治疗组(P组,n=9),其中空白对照组未做任何处理,其余两组均给予腹腔粘连造模处理。从回盲部上端2 cm处开始,用带齿镊子间隔1 cm钳夹肠道,共10处,直至出现浆膜下出血和点状出血,同时刮擦盲肠部直至渗血,从而形成腹腔粘连模型。术后P组给予紫草素灌胃治疗(10 mg/kg/d),M组给予同等体积的生理盐水,C组给予正常饮食,分别治疗14天。术后14天处死老鼠并根据Nair评分标准对腹腔粘连情况进行评分。取粘连组织及造模部位组织送检,分别进行HE染色、Masson染色、免疫组织化学染色。收集大鼠心脏血液,在4℃、10000×g离心15分钟后,收取上清液并储存在-80℃冰箱。使用ELISA法检测大鼠血清中炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ)以及纤溶系统活性指标(t PA、PAI-1)的浓度改变情况。Western Blot实验检测粘连组织及造模部位组织相关纤维化蛋白(TGF-β1、α-SMA)表达情况。使用Graph Pad Prism 7.00进行数据分析,P<0.05代表差异具有统计学意义;P>0.05无统计学意义。结果:(1)模型组(M组)腹腔粘连最重,评分最高,粘连主要涉及大网膜、胃、肝脏、脾脏等脏器及腹壁。紫草素预防治疗组(P组)腹腔粘连评分低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。(2)与模型组相比,染色结果显示紫草素预防治疗组粘连组织炎症细胞浸润少、成纤维细胞少,I型胶原表达减少。(3)大鼠血清ELISA法检测中,紫草素预防治疗组四个炎症指标(IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ)及PAI-1浓度低于模型组,纤溶系统活性指标t PA紫草素预防治疗组高于模型组,差异具有统计学意义(P<0.05)。(4)WB实验中,紫草素预防治疗组下调了纤维化蛋白TGF-β1、α-SMA水平,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:紫草素下调TGF-β1、α-SMA、I型胶原蛋白的表达,抑制炎症因子的释放,有效预防术后腹腔粘连形成,为预防腹腔粘连形成提供一种新的药物方向。
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