甜菜素类植物成分作为登革病毒NS5聚合酶抑制剂的计算机筛选与细胞毒性分析

本研究针对登革病毒（DENV）缺乏有效抗病毒药物的现状，通过机器学习预筛选、分子对接和分子动力学（MD）模拟等技术，系统评估了甜菜（Beta vulgaris L.）中25种植物成分对DENV-NS5蛋白的抑制作用。研究发现甜菜素（betanin）、山柰酚（kaempferol）、槲皮素水合物（quercetin hydrate）和异荭草素-2-O-木糖苷（isovitexin-2-O-xyloside）能显著下调NS5 mRNA表达，并通过调控RIG-I、JAK-STAT等通路抑制病毒复制。体外实验证实这些成分在20-0.31 μM浓度范围内对Vero和CHO细胞无毒性。该研究为开发新型植物源抗登革病毒药物提供了重要候选分子。

　　

在全球气候变化和城市化进程加速的背景下，由伊蚊传播的登革病毒（DENV）感染已成为热带和亚热带地区的重大公共卫生威胁。据世界卫生组织统计，每年约有3.9亿人感染登革病毒，其中亚洲地区承担了70%的疾病负担。尽管登革热可引发致命性的登革出血热（DHF）和登革休克综合征（DSS），但至今尚无特异性抗病毒药物获批使用。这种治疗空白主要源于DENV复杂的免疫逃逸机制——其非结构蛋白NS5通过干扰素信号通路（IFN-I）和STAT-2磷酸化等途径抑制宿主免疫应答，同时依赖RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）完成病毒基因组复制。

面对这一挑战，研究人员将目光转向植物源活性成分。甜菜（Beta vulgaris L.）作为传统药用植物，富含具有抗氧化和抗炎活性的甜菜红素类化合物。前期研究表明，该植物提取物对丙型肝炎病毒（HCV）的NS3/NS5B蛋白具有抑制作用，但其抗DENV潜力尚未系统探索。为此，科研团队采用多学科交叉的研究策略，通过计算机辅助药物设计结合实验验证，全面评估甜菜成分对抗DENV-NS5蛋白的潜力。

研究主要采用四大技术体系：首先运用机器学习算法分析转录组数据，筛选能显著调控NS5表达的植物成分；其次通过分子对接评估化合物与NS5蛋白的结合亲和力；接着采用分子动力学（MD）模拟结合主成分分析（PCA）验证复合物稳定性；最后通过体外细胞实验检测候选化合物的安全性。

机器学习预筛选发现关键活性成分

通过无监督层次聚类分析，研究团队发现甜菜素、山柰酚、槲皮素水合物和异荭草素-2-O-木糖苷能显著下调DENV-2型NS5基因表达。这些成分同时逆转了NS5对RIG-I和TLR3等天然免疫受体的抑制作用，提示其具有双重调控机制。

分子对接揭示结合模式

分子对接显示四种活性成分均能稳定结合NS5蛋白的RdRp活性口袋。其中异荭草素-2-O-木糖苷表现最优，与ASP⁵³³、ARG⁷³⁷等关键残基形成氢键网络，结合能为-9.2 kcal/mol。药代动力学预测显示这些化合物均符合Lipinski五规则，口服生物利用度良好。

分子动力学验证稳定性

100 ns的MD模拟表明，甜菜素-NS5复合物的均方根偏差（RMSD）稳定在2?以内。动态交叉相关分析（DCCM）显示化合物结合显著降低了RdRp功能域的构象波动，提示其可能通过变构效应抑制酶活性。

体外实验证实安全性

细胞毒性实验显示，甜菜素和槲皮素水合物在0.31-20 μM浓度范围内对Vero和CHO细胞的存活率无显著影响（p>0.05），为后续动物实验提供了安全剂量参考。

这项研究的创新性在于首次系统阐明了甜菜活性成分抗DENV的分子机制：靶向NS5蛋白的RdRp结构域，通过变构调节抑制病毒复制；同时解除NS5对宿主干扰素通路的抑制，实现"双管齐下"的治疗效果。特别是异荭草素-2-O-木糖苷的发现，为开发新型RdRp抑制剂提供了先导化合物。该成果不仅为植物源抗病毒药物研发提供了新思路，也为应对登革病毒不断出现的耐药突变带来了希望。未来研究可进一步优化这些化合物的结构以提高其生物利用度，并探索其对抗其他黄病毒属病原体（如寨卡病毒、西尼罗病毒）的交叉保护潜力。