天津中医药  2025, Vol. 45 Issue (12): 1565-1574

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罗其文, 吴美玲, 张春旺, 等.
LUO Qiwen, WU Meiling, ZHANG Chunwang, et al.
中药组方通过黄酮多酚类抗氧化物质多靶点调节氧化还原状态阻遏病毒感染与炎性反应
Traditional Chinese medicine regulates redox state to suppress viral infection and inflammatory response by the multi-target intervention of flavonoid-polyphenol antioxidants
天津中医药, 2025, 45(12): 1565-1574
Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2025, 45(12): 1565-1574
http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2025.12.12

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收稿日期: 2025-06-24
中药组方通过黄酮多酚类抗氧化物质多靶点调节氧化还原状态阻遏病毒感染与炎性反应
罗其文1 , 吴美玲1,2 , 张春旺1 , 霍凌杰1 , 张福临1 , 赵佳2 , 张晗3 , 王玉燕4 , 施冬云1,5 , 刘珊林1,5     
1. 复旦大学基础医学院生物化学与分子生物学系,上海 200032;
2. 香港大学李嘉诚医学院中医药学院,香港 999077;
3. 天津中医药大学组分中药国家重点实验室,天津 301617;
4. 复旦大学基础医学院病原生物学系,上海 200032;
5. 复旦大学自由基调控与应用研究中心,上海 200433
摘要:[目的] 探究麻黄汤4味中药中黄酮多酚类化合物基于抗氧化抑制新型冠状病毒感染及减轻肺组织炎症损伤的氧化还原机制。[方法] 使用体外自由基医学检测技术评估麻黄汤组方成分的抗氧化特性,包括清除活性氧超氧阴离子(O2·-)、羟基自由基(·OH)和氮中心自由基能力以及总抗氧化能力和多酚含量。并使用麻黄汤单味药及其抗氧化单体干预病毒感染的细胞,检测分析细胞内O2·-和病毒核心蛋白水平变化。体内实验采用脂多糖(LPS)急性肺部炎症小鼠模型,检测小鼠血清细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)水平、脾组织巨噬细胞及肺组织氧化还原相关指标核因子红系2相关因子2(NRF2)、硫氧还蛋白1(TRX1)、丙二醛(MDA)和3硝基酪氨酸(3NT)变化。[结果] 结果显示麻黄、桂枝、炙甘草和杏仁4味药中,麻黄具有最强的清除·OH和氮中心自由基能力以及最强的总抗氧化能力,且多酚含量也最高,桂枝具有最强的清除O2·-能力,炙甘草和杏仁抗氧化能力则相对较弱。桂枝干预可抑制严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)及其德尔塔(Delta)变体病毒在胞内的复制,并可在体内通过上调抗氧化通路NRF2-TRX1抑制活性氧分子信号从而抑制炎症。此外,组方中含有的黄酮类单体槲皮素也显示对O2·-和·OH都有很强的清除能力,并可明显抑制病毒复制。[结论] 研究结果提示,以麻黄和桂枝为代表的含黄酮多酚类抗氧化物质的中药组方成分可以通过不同抗氧化特征发挥多靶点氧化还原调节作用,在病毒入侵、复制和炎性反应的不同氧还状态阶段,发挥不同程度的调控和干预作用,实现对不同病程的有效干预。通过揭示中药组方成分中黄酮多酚类抗氧化物质抗病毒感染和阻遏炎性反应的作用机制,将有助于指导中药更合理配伍,实施精准干预。研究结果也提示,在临床早期干预阶段结合中药抗氧化有效成分的使用,有望为未来可能发生的变异病毒感染的广谱性治疗提供更多的临床获益,从而有助防控新发突发呼吸道病毒的流行,为探索中医药传统辨证施治理论结合抗氧化干预元素以更有效地实现“标本兼治”提供新思路。
关键词麻黄汤    多靶点抗氧化    呼吸道病毒感染    炎性反应    黄酮多酚类抗氧化物质    

21世纪的几次区域和全球爆发性呼吸道疾病,病原体包括严重急性呼吸综合征冠状病毒(SARS-CoV)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)和严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2),均由冠状病毒感染引起,这些病毒的特点都是传染性强,并可发展为严重的、危及生命的急性呼吸窘迫症和肺纤维化,从而导致缺氧、器官衰竭和死亡[1]。SARS-CoV-2作为冠状病毒的典型代表,自2019年全球大流行以来持续活跃,并反复扩散感染。中国疾病预防控制中心数据显示,2022年病毒扩散主要集中在冬三月(2022年12月~2023年2月),2023年流行时段转向春末至初秋跨度(4~10月,集中在4~6月),而2024年则呈现双峰分布特征,第一波流行于2~5月的季春时节,第二波活跃于7~9月的夏秋交界。因此仍需要警惕并寻找广谱且合理的干预策略指导更有效防控呼吸道病毒新的感染和流行[2]

已知病毒感染与活性氧(ROS)关系密切[3-5]。ROS参与了病毒的复制、变异和释放的整个进程,同时也介导了SARS-CoV-2的感染[5-8]。因此,通过调节氧化还原平衡抑制病毒感染应是可行的抗病毒策略。笔者前期研究发现,许多中药配伍成分具有抗氧化活性,富含黄酮、非黄酮类多酚结构。这些物质可以和不同种类的自由基发生反应形成稳定物质,从而可降低氧化水平。

中药在多次呼吸道病毒感染流行中都发挥了重要作用,在缓解症状、缩短病程及降低重症转化率方面具有显著优势[9]。值得注意的是,这些中药复方物质基础研究揭示其普遍富含槲皮素、黄芩苷、儿茶素等黄酮类成分和原儿茶酸、原花青素、阿魏酸等非黄酮类的多酚成分[10],这些物质都具抗氧化活性。麻黄汤作为张仲景《伤寒论》中记载的经典方剂,由麻黄、桂枝、炙甘草和苦杏仁4味药材组成,是中医治疗外感风寒疾病的代表性方剂之一,可用于治疗呼吸道病毒感染早期的寒湿症[11]。方中主要组分麻黄和桂枝等富含黄酮和非黄酮类多酚化合物,这些成分是否可以通过其抗氧化机制发挥抗病毒作用尚不清楚。本研究对麻黄汤组方成分先进行抗氧化特性测定分析,再探究其抗氧化特性与抗病毒效果之间的潜在联系;结合脂多糖(LPS)诱导的急性炎症模型,探究其对肺组织炎性反应的防护作用。研究将有助于深入了解并探明中药组方含黄酮多酚类成分在抗病毒感染及抗炎性反应中的作用及其机制,从而为未来可能新发或突发呼吸道病毒感染性疾病或疫情提供更有效的中药干预策略和依据。

1 实验材料与方法 1.1 实验材料

稳定表达血管紧张素转化酶2(ACE2)受体的A549-hACE2细胞由复旦大学上海医学院医学分子病毒学重点实验室构建,并在含10%胎牛血清[FBS,翌圣生物科技(上海)有限公司]的高糖培养基(DMEM,Gibco,美国)及37 ℃、5% CO2环境中培养。野生型SARS-CoV-2(nCoV-SHO1)及其德尔塔(Delta)变体都来自复旦大学上海医学院医学分子病毒学重点实验室。nCoV-SHO1由复旦大学上海医学院医学分子病毒学重点实验室分离并命名。SARS-CoV-2以0.5 MOI感染A549-hACE2细胞。所有感染实验均在3级安全等级(BSL-3)实验室进行。10周龄SPF级的雄性C57BL/6N小鼠,购自上海斯莱克实验动物有限责任公司,本研究经复旦大学基础医学院实验动物伦理委员会批准(20240229-187);中药提取物采用水煎法制备(购自江阴天江药业有限公司)。

1.2 实验试剂

黄嘌呤、盐酸羟胺、维生素C(VC)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;过氧化氢(H2O2)、氯化钴(CoCl2)、1,10-菲罗啉、硫酸铁铵[NH4Fe(SO42]、磷酸(H3PO4)、碳酸钠(Na2CO3)、没食子酸(GAE)、硫酸亚铁(FeSO4)、Folin-Ciocalteu、曲拉通X-100和无水乙醇购自国药集团化学试剂有限公司;鲁米诺购自上海麦克林生化科技股份有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)购自翌圣生物科技(上海)股份有限公司;黄嘌呤氧化酶和LPS购自美国Sigma公司;超氧化物歧化酶(SOD)由华东理工大学提供;槲皮素由上海源叶生物科技有限公司提供;抗荧光淬灭封片液[含4,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)]和二氢乙锭(DHE)购自上海碧云天生物技术有限公司;牛血清蛋白(BSA)购自大连美仑生物技术有限公司;小鼠抗SARS-CoV-2核衣壳蛋白(NP)由复旦大学上海医学院医学分子病毒学重点实验室提供;Alexa Fluor 488-山羊抗兔二抗抗体购自美国赛默飞公司;β-肌动蛋白(β-actin)抗体购自北京博奥森生物技术有限公司;核因子红系2相关因子2(NRF2)抗体购自美国Cell Signaling Technology公司;丙二醛(MDA)抗体和硫氧还蛋白1(TRX1)抗体购自美国Santa公司;3硝基酪氨酸(3NT)购自美国Abcam公司;生长因子样模体黏液样激素样受体(F4/80)、整合素αM/巨噬细胞表面分子抗体(CD11b)、CD86、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)抗体购自美国Biolegend公司;BD固定/渗透液购自美国BD公司。

1.3 体外超氧阴离子(O2·-)清除能力检测

采用黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶体系生成O2·-,并用羟胺法测定。将黄嘌呤、盐酸羟胺、标准样品或中药提取物和黄嘌呤氧化酶依次加入样管中。然后将它们放入37 ℃的水浴中反应40 min。加入显色剂,混合均匀,室温静置30 min,在530 nm处测量吸光度。通过SOD标准曲线计算样品的O2·-清除能力,并以单位每毫克提取物的SOD活性当量(U SOD/mg)表示。

1.4 体外羟基自由基(·OH)清除能力检测

在体外实验中,Co2+加入到H2O2溶液中产生·OH。将新配制的H2O2溶液、鲁米诺溶液、标准样品或中药提取物依次加入到样管中,然后加入CoCl2溶液引发反应。用化学发光仪检测化学发光值。磷酸盐缓冲液(PBS)和VC分别作为空白对照和标准品。·OH清除能力以单位每克提取物的VC当量(μmol VC/g)表示。

1.5 DPPH自由基清除能力检测

用ddH2O将中药样本稀释成不同浓度,和50 μmol/L DPPH乙醇溶液充分混匀,25 ℃避光反应30 min。反应结束后,通过Biotech Gen5多功能酶标仪读取517 nm波长的吸光度。中药提取物对DPPH自由基的抑制率按以下公式计算:抑制率(%)=[A0-(A1-A2)]/A0×100%,其中A0=空白样品DPPH吸光度,扣除乙醇水溶液本底吸光度;A1=中药提取物DPPH吸光度,A2=中药提取物乙醇水溶液背景吸光度。

1.6 总抗氧化能力检测

根据文献,1,10-菲罗啉-Fe3+法可用于测定总抗氧化能力(TAOC)。将0.75 mmol/L 1,10-菲罗啉、1.25 mmol/L NH4Fe(SO42和样品依次加入管中混合,在37 ℃水浴中孵育30 min,加入高纯度的H3PO4终止反应。样品在25 ℃下孵育10 min,用Biotech Gen5多功能酶标仪在520 nm处测定吸光度。以FeSO4为阳性对照,结果以单位每克提取物的亚铁离子当量(μmol Fe2+/g)表示。

1.7 总酚含量测定

使用Folin-Ciocalteu试剂测定总酚含量。将稀释后的中药样品与Folin-Ciocalteu试剂(10%,W/V)反应,在反应混合物中加入700 mmol/L Na2CO3溶液。在37 ℃下避光孵育2 h,使用Biotech Gen5多功能微孔仪在96孔板上765 nm处测定吸光度。以ddH2O作为空白对照。结果以单位每克提取物的没食子酸当量(mg GAE/g)表示。

1.8 SARS-CoV-2 NP蛋白免疫染色和细胞核DAPI染色

细胞被0.5 MOI病毒感染(含干预)24 h后,PBS洗涤细胞两次。用4% 多聚甲醛(PFA)固定细胞30 min,接着用0.1% Triton X-100通透细胞1 h。然后,将小鼠抗SARS-CoV-2核衣壳蛋白(NP)作为一抗,偶联了Alexa Fluor 488的山羊抗小鼠作为二抗,使用DAPI对细胞核进行染色。然后用荧光显微镜观察并捕获荧光图像。使用Image J对图像进行处理。桂枝提取物的干预浓度为222 μg/mL,槲皮素的干预浓度为200 μmol/L,VC干预浓度为1.25 mmol/L。

1.9 细胞内O2·-检测

DHE可以被细胞内的O2·-氧化成特定的红色荧光物质羟乙基吡啶(EOH)。因此,采用DHE检测细胞内的O2·-水平。细胞被感染(含干预)24 h后,用PBS洗涤3次。向96孔板的每孔添加探针10 μmol/L DHE,37 ℃孵育60 min,PBS洗涤2次后用4% PFA固定30 min,然后用0.1% Triton X-100通透1 h。再用PBS洗涤3次后,向每孔添加30 μL含DAPI的防荧光猝灭封片液。用荧光显微镜采集图片。使用Image J对图像进行处理。

1.10 蛋白免疫印迹分析

96孔板中的A549-hACE2细胞在4 ℃被裂解液裂解1 min。A549-hACE2细胞被裂解后产生的细胞裂解物通过10% 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(SDS-PAGE)分离,然后转移聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上,并用一抗进行检测。再将PVDF膜和过氧化物酶偶联的二抗一起孵育,然后使用化学发光底物和Tanon-5200化学发光成像系统进行可视化。

1.11 急性肺部炎症小鼠模型的建立

按照文献描述建立小鼠肺部急性炎症模型[12]。将10周龄雄性C57BL/6N小鼠分为对照组和桂枝干预组,在每天灌胃预干预桂枝3 d后,第4天腹腔注射LPS 6 mg/kg,并在当天再次进行干预。桂枝提取物干预剂量为60 mg/kg。LPS刺激24 h后处死所有实验小鼠;收集血清用于细胞因子检测。收集剩余脾、肺组织,脾组织用于流式检测,肺组织立即用液氮冷冻,-80 ℃保存,以备后续分析。

1.12 流式细胞术

使用抗小鼠F4/80、CD11b和CD86单克隆抗体进行细胞表面标记鉴定。细胞经BD固定和通透液处理并用PBS清洗后,并使用抗小鼠CD206抗体进行胞内染色。染色细胞在NovoCyte Quanteon流式细胞仪上分析,数据使用NovoExpress和FlowJo软件处理。

1.13 酶联免疫吸附实验

用TNF-α和IL-6抗体包被96孔板过夜。然后使用0.5% BSA在室温下封闭1 h。加入稀释后的小鼠血清进行结合,在室温下反应2 h,然后洗脱96孔板,并加入检测抗体室温下反应1 h。然后加入辣根过氧化物酶(HRP)反应液室温下反应1 h。重新洗涤后,加入四甲基联苯胺(TMB)底物,反应在室温下进行20 min,然后加入终止液终止反应。使用Biotech Gen5多功能微孔仪在96孔板上450和570 nm处测定吸光度。

1.14 统计分析

所有实验重复3次及以上,结果以均数±标准差(x±s)表示。采用GraphPad Prism 8.0.1软件进行统计分析。组间比较采用t检验或单因素方差分析。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 实验结果 2.1 中药提取物对O2·-清除能力的测定

首先测定麻黄汤各中药成分提取物体外O2·-的清除能力。O2·-主要是由线粒体中的单电子漏失还原分子氧产生。过量O2·-可破坏生物大分子结构,也可引起脂质过氧化,从而导致细胞凋亡或坏死[13]。采用黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶反应体系,通过比色法检测各中药成分提取物对O2·-清除能力。结果显示,桂枝和麻黄具有很强的O2·-清除能力,其中桂枝呈现最强,炙甘草和杏仁相对较弱。见图 1

注:通过羟胺法测定的麻黄汤组方成分提取物对O2·-的清除能力,以SOD标准品当量(U SOD/mg)表示。与桂枝相比,**** P < 0.000 1;n=3。 图 1 麻黄汤组方成分提取物清除超氧阴离子能力(x±s Fig. 1 Superoxide anion scavenging ability of extracts of the components in Mahuang Decoction(x±s)
2.2 中药提取物对·OH清除能力的测定

分别测定麻黄汤组方成分的提取物对·OH的清除能力。·OH具有极强的氧化性,是体内最活跃的ROS之一,易与体内生物活性物质发生反应,包括与脂质反应形成脂质过氧化物,并启动自由基链式反应[14-15]。体内的·OH可通过Fenton反应产生,也可由O2·-转化生成,从而维持生命活动过程中的氧化应激微环境[15]。过量的·OH通过自由基反应也会导致组织和器官严重氧化损伤。结果显示,麻黄对·OH清除能力相对最强。见图 2

注:通过化学发光法测定的麻黄汤组方成分提取物的·OH清除能力,以VC当量(μmol VC/g)表示。与麻黄相比,****P < 0.000 1;n=3。 图 2 麻黄汤组方成分提取物清除羟基自由基能力(x±s Fig. 2 Hydroxyl radical scavenging ability of extracts of the components in Mahuang Decoction(x±s)
2.3 中药提取物对氮中心自由基抑制能力的测定

氮中心自由基是一种有机化合物中间体,具有氮原子中心未成对电子,DPPH是其中一种稳定的氮中心自由基[16-17]。这类自由基主要来源于一氧化氮的代谢过程,也可由稳定的含氮分子被ROS氧化生成,通过氧化氨基酸残基、脂质等直接攻击生物大分子,生成硝基酪氨酸、过氧化脂质等产物,诱导机体氧化损伤[18]。因此进一步评估了麻黄汤各中药成分提取物对氮中心自由基DPPH的清除能力。结果显示,麻黄和桂枝都具有很强的DPPH自由基抑制能力。见图 3

注:通过比色法测定的麻黄汤组方成分提取物在0.017 mg/mL浓度下的DPPH自由基清除能力,结果表示为根据公式计算所得的相对抑制率。与麻黄相比,****P < 0.000 1;n=3。 图 3 麻黄汤组方成分提取物抑制DPPH自由基能力(x±s Fig. 3 DPPH free radical scavenging ability of extracts of the components in Mahuang Decoction(x±s)
2.4 中药提取物的总抗氧化能力和多酚含量的测定

为了分析麻黄汤各中药成分提取物的综合抗氧化能力,采用铁还原能力(FRAP)方法测定麻黄汤各中药成分的总抗氧化能力(TAOC)[17],此外,还检测了总多酚含量。测定结果,麻黄和桂枝具有很强的总抗氧化能力,并都具有较高总酚含量。见图 4图 5

注:通过比色法测定的麻黄汤组方成分提取物的总抗氧化能力,以Fe2+当量(μmol Fe2+/g)表示。与麻黄相比,****P < 0.000 1;n=3。 图 4 麻黄汤组方成分提取物总抗氧化能力(x±s Fig. 4 Total antioxidant capacity of extracts of the components in Mahuang Decoction(x±s)
注:通过比色法测定的麻黄汤组方成分提取物的总酚含量,以没食子酸当量(mg GAE/g)表示。与麻黄相比,**** P < 0.000 1;n=3。 图 5 麻黄汤组方成分提取物的总酚含量(x±s Fig. 5 Total polyphenol content of extracts of the components in Mahuang Decoction(x±s)
2.5 麻黄汤组方成分桂枝提取物通过抑制O2·-产生阻遏病毒感染

已知O2·-对促进病毒入侵宿主并复制的早期病程发挥关键作用[19],而桂枝在麻黄汤组方成分中具有最强的清除O2·-的能力。为了研究其是否对呼吸道病毒感染具有抑制作用,用桂枝提取物全程干预处理了感染SARS-CoV-2的A549-hACE2细胞,并使用荧光探针DHE检测胞内O2·-的变化以及使用免疫荧光技术检测胞内病毒NP的变化,使用DNA特异性结合的荧光染料DAPI进行细胞核染色。结果显示,桂枝具有较强的抗SARS-CoV-2能力并呈现浓度依赖性(见图 6A)。同时O2·-水平也随着桂枝干预浓度增高逐渐降低(见图 6B),说明桂枝的抑制病毒效果与其清除ROS的能力紧密相关。为了验证桂枝对病毒抑制作用的广谱性,对传播率远高于阿尔法(Alpha)毒株的Delta变体进行了类似的干预,并获得了相似的结果(见图 6C图 6D)。

注:图A—图D,桂枝干预病毒感染A549-hACE2细胞的代表性荧光图像。用桂枝提取物预干预A549-hACE2细胞1 h后,采用0.5 MOI的SARS-CoV-2或者Delta感染A549-hACE2细胞24 h。干预结束后,采用DHE(红色)、SARS-CoV-2 NP(绿色)或Delta NP(红色)和DAPI(蓝色)对细胞进行染色。实验组桂枝提取物浓度为222和111 μg/mL。图E,A、B、C、D组荧光图像的定量分析。比例尺,400 μm。*P < 0.05,***P < 0.001,****P < 0.000 1;n=3。 图 6 组方成分桂枝提取物对SARS-CoV-2和Delta突变株有抑制作用 Fig. 6 Extract of Guizhi could inhibit SARS-CoV-2 and its Delta variant
2.6 麻黄汤组方成分麻黄和桂枝中含有的黄酮类单体槲皮素可阻遏病毒感染

为了进一步确认黄酮类化合物抗氧化作用与抗病毒能力相关联,选择了麻黄和桂枝中都含有的主要具抗氧化作用的类黄酮单体槲皮素,并干预病毒感染的细胞[20-21]。结果表明槲皮素体外具有比单味药桂枝提取物和麻黄提取物更强的清除ROS能力,并且槲皮素在细胞内抑制SARS-CoV-2的同时,也相应降低胞内O2·-水平(见图 7A-7D7I)。其结果和阳性对照抗氧化剂VC的效果一致(见图 7E-7H),说明黄酮类化合物可以通过其抗氧化作用抑制病毒复制。

注:图A、图C,槲皮素干预感染A549-hACE2细胞的代表性荧光图像。用槲皮素预干预A549-hACE2细胞1 h后,采用0.5 MOI的SARS-CoV-2感染A549-hACE2细胞24 h。干预结束后,采用DHE(红色)、SARS-CoV-2 NP(绿色)和DAPI(蓝色)对细胞进行染色。槲皮素的干预浓度为200 μmol/L。图B、图D,A、C组荧光图像的量化。图E、图G,VC干预感染A549-hACE2细胞的代表性荧光图像。用VC预干预A549-hACE2细胞1 h后,采用0.5 MOI的SARS-CoV-2感染A549-hACE2细胞24 h。干预结束后,采用DHE(红色)、SARS-CoV-2 NP(绿色)和DAPI(蓝色)对细胞进行染色。VC的干预浓度为1.25 mmol/L。图F、图H,E、G组荧光图像的量化。图I为槲皮素的体外清除O2·-能力和·OH能力,以桂枝、麻黄为对照。比例尺,400 μm。**P < 0.01,***P < 0.001,****P < 0.000 1;n=3。 图 7 槲皮素抗SARS-CoV-2活性和ROS清除能力 Fig. 7 Anti-SARS-CoV-2 activity and ROS scavenging capacity of quercetin
2.7 麻黄汤组方桂枝提取物通过多靶点调节氧化还原状态阻遏炎性反应

病毒感染后的炎症反应是导致重症和死亡的关键因素之一[22]。在动物实验中,LPS已被广泛用于诱导肺部急性炎症,其机制被证明和ROS的过度产生有关。过度的ROS可诱导硫氧还蛋白相互作用蛋白(Txnip)和TRX1的解离,导致炎症小体(NLRP3)与Txnip结合后被激活,进而促进白细胞介素-18(IL-18)和白细胞介素-1β(IL-1β)的释放[23]。而NRF2是细胞抗氧化反应的重要转录因子,在正常生理状态下通过诱导下游TRX1等来抵消氧化应激,继而抑制NLRP3激活以及相关炎症因子的释放[24]。采用LPS诱导小鼠肺部急性炎症模型,选用具最强清除O2·-能力的桂枝实施干预。结果显示桂枝可以抑制LPS干预小鼠巨噬细胞的M1极化,抑制血浆炎性因子TNF-α和IL-6的释放(见图 8A-8D)。与此同时,桂枝可以促进炎性小鼠肺组织的抗氧化蛋白NRF2和TRX1的表达量,并抑制氧化应激损伤标志物MDA和3NT的表达量(见图 8E-8F)。说明桂枝可以通过多靶点调节氧化还原状态促进对肺组织炎症的抑制作用。

注:图A,LPS干预小鼠示意图,LPS,6 mg/kg;图B,流式细胞术检测24 h LPS干预后桂枝干预组小鼠脾脏巨噬细胞M1极化情况;图C、图D,ELISA检测24 h LPS干预后桂枝干预组小鼠血清TNF-α和IL-6水平;图E、图F,24 h LPS干预后桂枝干预组小鼠肺组织蛋白质免疫印迹分析代表性结果和定量分析。*P < 0.05,**P < 0.01,***P < 0.001;n=4。 图 8 桂枝提取物通过调节氧化还原状态,抑制小鼠肺部急性炎性反应 Fig. 8 Extract of Guizhi inhibited the inflammatory response of the mice with acute lung injury by regulating redox status
3 讨论

麻黄汤是中药治疗外感风寒疾病的代表性方剂之一。本研究表明该组方中抗氧化物质与抗病毒效果相关联,每个单味药具有不同的抗氧化特征。其中桂枝显示具最强的清除O2·-的能力,而麻黄清除·OH和氮自由基能力最强,这3种自由基产生途径和在疾病发展进程中发挥的作用也不尽相同。已知麻黄含有多种黄酮类成分,如槲皮素、芦丁、山柰酚及其衍生物;同时还含有非黄酮类多酚,如原儿茶酸、绿原酸和没食子酸等[25-28],桂枝亦含多种多酚类成分,其中包括原花青素/缩合单宁(如原花青素B1、B2、C1)及A型原花青素(如肉桂单宁B1、D1等),并含有黄酮类化合物槲皮素、木犀草素等;此外,还报道含有阿魏酸、去氢二松柏醇和原儿茶酸等其他非黄酮多酚类成分[21, 29-30]。可能正因为桂枝和麻黄富含的黄酮多酚类化合物种类不同,它们表现出抗氧化特征也有所不同。

实验证明O2·-可介导病毒的入侵和复制[3],病毒感染后会进一步促进释放O2·-[31],因此,在病毒感染早期如能有效降低O2·-水平应有助于控制病毒复制并抑制氧化应激水平进一步升高。本研究选择清除O2·-相对最强的单味桂枝实施对冠状病毒株干预研究,发现桂枝可明显抑制SARS-CoV-2及Delta变异株复制,且抑制能力与桂枝干预浓度及胞内ROS水平相关联。利用动物炎症模型,桂枝干预可抑制巨噬细胞的M1极化,并直接抑制血浆中炎性因子,促进肺组织中抗氧化蛋白表达,抑制氧化损伤,研究结果表明桂枝呈通过多靶点调节氧还状态阻遏炎症反应的抗氧化作用机制。采用组方中含有的黄酮类抗氧化单体槲皮素干预病毒感染,以抗氧化剂VC作为对照,发现槲皮素与VC对ROS及SARS-CoV-2都呈明显相关联的抑制作用,这也进一步证实了中药组方中黄酮多酚类物质通过抗氧化通路抑制病毒感染和炎性反应的作用机制。值得注意的是,采用维生素类抗氧化剂VC干预,虽细胞实验有抑制病毒作用,临床观察报道可缩短康复期[32],但对SARS-CoV-2引起的一些呼吸道感染症状改善似不显著[33]。这可能由于VC易氧化降解从而影响了效果,而中药组方中的黄酮多酚类物质则相对稳定并具不同抗氧化特性。此外,在中医药理论中有些药性成分还可针对特定证候和症状,如麻黄汤组方中抗氧化作用强的麻黄、桂枝,也是辛温解表药,甘草、杏仁具有缓解咳嗽、气喘、多痰等症状,配伍后可使组方发挥标本兼治作用;中药组方中多种抗氧化物质叠加干预也有助提升机体总抗氧化水平,促进机体氧还平衡;不同单味药具不同抗氧化特性,有利于综合调节病毒感染进程中所介导的不同种类的ROS水平和氧还状态。故中药组方含黄酮多酚类抗氧化物质对病毒感染与炎性反应的干预,呈多靶点多功能调治作用,是一般抗氧化剂无法替代的。

西医研究表明氧化还原平衡是维持人体健康的基础,这和中医的阴阳平衡理论有不谋而合之处。在病毒感染过程的初始阶段中,分子生物学实验研究显示,病毒会通过激活胞内还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶活性,释放O2·-,从而促进病毒复制[34]。如不能及时干预,机体处在氧化还原持续失衡的应激状态下,会进一步衍生其他侵袭性更强的自由基,如·OH和氮自由基,它们可通过激活炎性因子增强炎性反应,加重组织过氧化损伤,进而诱发自由基链式反应形成炎症风暴,危及患者生命。中医药治疗疫病在中国历史上由来已久,在辨证用药过程中,以往大都忽略抗氧化成分在中药组方中的作用。本研究结果提示,掌握中药组方黄酮多酚类成分的不同抗氧化特征及其相关功效,并结合临床证候和症状,将有助指导针对不同感染阶段的氧化还原状态下通过合理配伍实施精准干预,以实现更佳的临床治疗效果。具体包括在病毒感染早期,可考虑加强控制ROS的水平,尤其加大中药组方中清除O2·-能力强的成分,如桂枝等中药配伍用量;在中后期为防治因自由基链式反应引发的炎性风暴,可考虑加大清除·OH和氮中心自由基能力强的中药成分,防止因自由基-炎症反应加剧而引起器官衰竭和疾病恶化,这也有助于实现“标本兼治”的目的。

本研究发现中药复方含具不同抗氧化特性的黄酮多酚药效物质,也提示通过合理配伍,有望进一步发挥中药组方广谱抗病毒和抗炎症反应的潜力,并有助阐明中药组方在防治疫病中的抗氧化综合作用机制。此外,氧化还原指标一般可以量化评测,氧化还原平衡与中医平衡理论有相通之处,这将有助进一步诠释澄清中医阴阳平衡所包含的科学内涵。在2019年“氧化还原平衡与重大疾病防诊治新策略”香山科学会议上,首席执行主席刘珊林教授在会上提出的氧化还原平衡医学理论和诊疗策略即“氧还平衡、精准干预、调治结合”,与中医实现“标本兼治”从源头上控制疾病目标一致。本研究通过对SARS-CoV-2及其变异体病毒的研究,揭示了中药组方中黄酮多酚类抗氧化物质抗病毒感染和阻遏炎性反应的作用机制,可为中医药以后防治重大疾病提供中药配伍结合抗氧化元素的干预依据,并为开拓中医药发展创新及推动建立具中国特色新医学体系提供新思路。

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Traditional Chinese medicine regulates redox state to suppress viral infection and inflammatory response by the multi-target intervention of flavonoid-polyphenol antioxidants
LUO Qiwen1 , WU Meiling1,2 , ZHANG Chunwang1 , HUO Lingjie1 , ZHANG Fulin1 , ZHAO Jia2 , ZHANG Han3 , WANG Yuyan4 , SHI Dongyun1,5 , LIU Shanlin1,5     
1. Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Science, Fudan University, Shanghai 200032, China;
2. School of Chinese Medicine, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, Hong Kong 999077, China;
3. State Key Laboratory of Component-based Chinese Medicine, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 301617, China;
4. Department of Medical Mircobiology and Parasitology, School of Basic Medical Science, Fudan University, Shanghai 200032, China;
5. Free Radical Regulation and Application Research Center, Fudan University, Shanghai 200032, China
Abstract: [Objective] To investigate the redox mechanism of the flavonoid-polyphenol antioxidants in the four herbs of Mahuang Decoction to inhibit SARS-CoV-2 infection and reduce inflammatory injury of lung tissue. [Methods] The antioxidant properties of the components in Mahuang Decoction were assessed using the free radical medical detection technique, including scavenging abilities of superoxide anion, hydroxyl radical, and DPPH radical, as well as the total antioxidant capacity and total polyphenol content. We used herbs and antioxidant monomers from Mahuang Decoction to intervene in virus-infected cells and assayed to analyze changes in intracellular O2·- and the viral core protein level. In vivo experiment was performed using the Lipopolysaccharide(LPS)-induced mouse model. The mice were examined for the levels of tumor necrosis factor-α(TNF-α) and interleukin-6(IL-6), changes of macrophages in spleen and changes of inflammation and redox indexes of nuclear factor erythroid 2-related factor 2(NRF2), thioredoxin-1(TRX1), malondialdehyde(MDA), and 3-nitrotyrosine(3NT) in lung tissue. [Results] The results showed that among Mahuang, Guizhi, Zhigancao and Xingren, Mahuang exhibited the strongest scavenging abilities of hydroxyl and DPPH radicals and the strongest total antioxidant capacity, as well as the highest polyphenol content. Guizhi had the strongest scavenging ability of superoxide anion, while the antioxidant capacity of Zhigancao and Xingren was relatively weaker. The intervention of virus-infected cells using Guizhi was found to inhibit the replication of SARS-CoV-2 and Delta variant. Guizhi inhibited ROS signaling and suppressed the inflammatory response by upregulating the NRF2-TRX1 antioxidant pathway. In addition, quercetin, a flavonoid monomer in Mahuang Decoction exhibited strong scavenging abilities of superoxide anion and hydroxyl radicals, and was able to inhibit viral replication obviously. [Conclusion] The flavonoid-polyphenol antioxidants represented by Mahuang and Guizhi could play a multi-targeted role in redox regulation and exert different roles in different stages of viral infection, so as to realize effective and precise intervention. By revealing the mechanism of action of flavonoid-polyphenol antioxidants in antiviral infections and inhibition of inflammatory responses, these results would help to guide the rational compatibility of traditional Chinese medicine ingredients to achieve precise intervention during the treatment of different clinical courses of illnesses. The results of this study also suggested that the antioxidant intervention of traditional Chinese medicine could be used to control respiratory viral infections and prevent new pandemic disasters in a broad-spectrum manner, and provide new ideas for exploring the combination of antioxidant strategies and traditional Chinese medicine.
Key words: Mahuang Decoction    multi-target antioxidant    respiratory virus infection    inflammatory response    flavonoid-polyphenol antioxidant