最新!IF 10.1,仝小林院士团队揭示散寒化湿方抗新冠病毒作用

文摘   2024-07-28 09:35   美国  

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中国中医科学院仝小林院士团队

于2024年7月24日

Engineering(IF=10.1)

发表中医学研究

Sanhan Huashi Formula and Its Bioactive Compounds Exert Antiviral and Anti-Inflammatory Effects on COVID-19

散寒化湿方及其生物活性化合物对COVID-19具有抗病毒和抗炎作用

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809924003965#s0135

Keywords:Sanhan Huashi formula;Coronavirus disease 2019;Anti-inflammatory properties;Nodakenin;3C-like protease


点击阅读全文或在微信公众号内回复“散寒化湿”即可获得文章PDF链接。

 研究发现与亮点:

  • 散寒化湿方通过抑制病毒侵入和促进抗炎效应来对抗COVID-19。

  • 散寒化湿方中的强效抗病毒成分:Nodakenin,可通过靶向3CLpro蛋白酶来抑制SARS-CoV-2的复制。

重点摘要

背景及目的:

散寒化湿方(Sanhan Huashi Formula, SHHS)是一种传统中药,已在临床治疗COVID-19中显示显著效果。

COVID-19由SARS-CoV-2引起,对全球公共卫生构成重大挑战。

目前抗病毒药物存在局限性,如Omicron变种的免疫逃逸能力和药物间的相互作用。

SHHS包含20种传统中药成分,已被纳入COVID-19的诊断和治疗方案。

方法:

    体外实验:使用Vero-E6细胞感染SARS-CoV-2,评估SHHS对病毒入侵和增殖的抑制效果。

    体内实验:利用K18-hACE2转基因小鼠模型,通过病毒样颗粒(VLPs)暴露来评估SHHS对SARS-CoV-2进入的阻碍效果。

    抗炎效果评估:使用LPS诱导的急性肺损伤(ALI)模型和RAW264.7细胞模型来验证SHHS的抗炎生物标志物水平降低能力。

    化合物分析:利用UHPLC-LTQ-Orbitrap-MS和SPR技术鉴定SHHS中的活性化合物,并研究其抗病毒机制。

    分子对接和HDX-MS:研究nodakenin与3CLpro的相互作用及其抗病毒机制。


研究结果:

    1、体外实验:SHHS在Vero-E6细胞中有效抑制了SARS-CoV-2的入侵和增殖,减少了病毒载量。

    2、体内实验:SHHS减少了小鼠肺部VLPs的水平,抑制了SARS-CoV-2的侵入。


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图1: SHHS减少Vero-E6细胞中的病毒载量并减轻炎症反应,抑制小鼠中SARS-CoV-2 VLP的入侵

(a) 展示了不同浓度的SHHS对Vero-E6细胞的毒性效果。

(b) 展示了SHHS处理对SARS-CoV-2(2019nCoV WIV04)感染的Vero-E6细胞上清中病毒载量的影响。

(c) 展示了SHHS对Vero-E6细胞中CCL-2 mRNA表达的影响。

(d) 通过荧光素酶活性检测,展示了SHHS对hACE2转基因小鼠肺部SARS-CoV-2 Luc-VLPs入侵的影响。

(e) 免疫荧光分析,观察了SHHS干预对K18-hACE2小鼠肺部感染SARS-CoV-2 VLPs的影响,VLPs(红色)、ACE2(绿色)、F-肌动蛋白(灰色)和细胞核(蓝色)。


图2: SHHS对SARS-CoV-2(2019-nCoV WIV04)感染的K18-hACE2小鼠的影响

(a) 展示了小鼠体重变化和肺组织中的病毒载量。

(b) 展示了模型组和SHHS处理组小鼠肺组织的典型HE病理切片。

(c) 展示了Masson三色染色的肺组织切片,显示了胶原蛋白(蓝色)和红细胞(红色)。

(d) 免疫荧光分析,展示了K18-hACE2小鼠肺切片中针对SARS-CoV-2 spike RBD和NTD蛋白的表达。

(e) 展示了SHHS对SARS-CoV-2诱导的WIV04病毒株感染小鼠中细胞因子和趋化因子表达的影响。

(f) 免疫组化分析和定量K18-hACE2小鼠肺切片中的CCL-2表达。


   

    3、抗炎效果:SHHS显著减轻了肺部病理损伤降低了IL-1β、IL-6和TNF-α等炎症因子的水平

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图3: SHHS对LPS诱导的ALI小鼠模型和RAW264.7细胞的抗炎效果

(a) 展示了不同剂量的SHHS对ALI小鼠模型肺部组织病理损伤的影响,通过HE染色的组织切片。

(b) 通过ELISA检测了小鼠肺组织和血清中IL-1β、IL-6和TNF-α水平的变化。

(c) 展示了RAW264.7细胞中IL-6、TNF-α和IL-1β水平的ELISA分析。



    4、化合物分析:鉴定出308种化合物,其中包括Nodakenin它被识别为针对3CLpro的强效抗病毒成分。

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这些化合物在结构上包括了三萜类、香豆素类、黄酮类、木脂素类、生物碱类以及其他类型的化合物,这些化合物基本上代表了SHHS中发现的所有化合物类型。

图4: SHHS的化学成分谱特征

(a) 展示了通过UHPLC-Orbitrap Exploris 240系统检测到的SHHS在血浆、肺部和粪便中释放的化合物。

(b) 展示了SHHS中308种化合物的结构分类,以及20种药材的化学成分。

(c) 展示了SHHS中血浆、肺部和粪便释放的化合物的结构分类。



    5、分子机制:Nodakenin通过与3CLpro(3CLpro(3C-like蛋白酶)是SARS-CoV-2病毒复制过程中的一个关键酶)形成氢键和疏水相互作用来抑制其活性,从而发挥抗病毒效果。

    在文章的3.6节中,文章深入探讨了“散寒化湿方”(Sanhan Huashi Formula, SHHS)治疗COVID-19的抗病毒机制。

    主要专注于五个关键的抗病毒靶点hACE2、RBD、3CLpro、PLpro和TMPRSS2这些靶点是SARS-CoV-2病毒入侵和复制过程中的关键环节。

01

化合物与靶点的相互作用:

    hACE2和RBD的结合:研究发现,gallic acid、aegeline和apigenin等化合物能够与hACE2和RBD结合,这些化合物可能通过阻断病毒刺突蛋白与宿主细胞受体的结合来发挥抗病毒作用

    3CLpro和PLpro的抑制:gallic acid、nodakenin、marmesin、epicatechin和quercetin等化合物显示出对3CLpro的抑制活性。marmesin、scoparon和luteolin对PLpro活性有抑制作用


02

抗病毒效果的体外验证:

    通过在Vero-E6细胞中进行的SARS-CoV-2感染实验,验证了这些化合物的抗病毒效果,特别是Nodakenin可通过靶向3CLpro蛋白酶来抑制SARS-CoV-2的复制,显著降低了细胞上清中的病毒载量

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图5:SHHS治疗COVID-19的抗病毒机制

(a) 展示了没食子酸与ACE2竞争SARS-CoV-2 RBD上的相同结合位点。

(b) 展示了GC376、没食子酸和Nodakenin对SARS-CoV-2 3CLpro的抑制活性概况。

(c) 展示了SHHS中的代表性化合物结构。

(d) 展示了代表性化合物对SARS-CoV-2的抗病毒活性。

(e) 展示了Nodakenin结合对3CLpro蛋白片段氘交换速率的影响。

(f) 展示了3CLpro中肽段35–44、37–44、133–148、139–156和155–172的位置。

(g) 通过分子对接确定的Nodakenin与3CLpro的结合模式。



结论:

    SHHS通过抑制病毒侵入和促进抗炎效应来对抗COVID-19。

    Nodakenin作为SHHS中的活性成分,通过靶向3CLpro蛋白酶来抑制SARS-CoV-2的复制。

    本研究为SHHS治疗COVID-19的机制提供了科学依据,为中药现代化和全球化应用提供了见解。

    研究结果支持进一步探索和开发SHHS及其活性成分作为COVID-19治疗手段的可能性。


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