[6]-姜烯酚通过抑制3CL蛋白酶活性抗SARS-CoV-2感染的作用及机制研究

《BMC Complementary Medicine and Therapies》：Inhibitory effect of [6]-shogaol against 3CLpro activity and SARS-CoV-2 infection

本研究聚焦于探寻天然产物抗SARS-CoV-2感染的潜力。研究人员系统评估了不同炮制方法的生姜（Zingiberis Rhizoma, ZR 及其炮制品ZR-P）及其活性成分（[6]-gingerol和[6]-shogaol）的抗病毒效果。结果表明，ZR-P及其特征成分[6]-shogaol能显著抑制SARS-CoV-2在VeroE6/TMPRSS2细胞中的感染，并进一步揭示其作用机制与抑制病毒3CLpro活性密切相关。该研究为传统中药炮制品及其活性成分应用于COVID-19的辅助治疗提供了新的实验依据。

　　

新冠病毒（SARS-CoV-2）引发的COVID-19疫情给全球公共卫生带来了巨大挑战。尽管疫苗的研发和接种取得了显著成效，但病毒变异株的不断出现可能导致疫苗保护效力下降，因此，开发有效的治疗药物仍然是应对疫情的重要手段。病毒自身的3CL蛋白酶（3 C-like protease, 3CLpro）在病毒复制周期中扮演着关键角色，负责切割病毒多聚蛋白产生非结构蛋白，是抗病毒药物研发的理想靶点之一。近年来，以3CLpro为靶点的抑制剂（如奈玛特韦、恩司特韦）已在临床应用中显示出良好效果，这进一步验证了该靶点的价值。与此同时，从天然产物中寻找高效低毒的活性成分一直是药物发现的重要途径。

生姜（Zingiber officinale Roscoe）作为一种广泛使用的药食同源植物，具有悠久的药用历史，其抗炎、抗氧化等药理活性已被广泛报道。有临床研究表明，生姜对于改善轻中度COVID-19患者的临床症状和促进病毒清除具有积极作用。在日本，生姜药材根据炮制方法不同分为干姜（Zingiberis Rhizoma, ZR）和炮姜（Zingiberis Rhizoma Processum, ZR-P）。炮制过程中，生姜的主要活性成分[6]-姜酚（[6]-gingerol）会因加热脱水而转化为[6]-姜烯酚（[6]-shogaol）。然而，不同炮制品的生姜及其特征成分对SARS-CoV-2是否具有直接抑制作用，及其具体作用机制尚不清楚。为了解决这一问题，来自城西大学和日本国立感染症研究所的研究团队在《BMC Complementary Medicine and Therapies》上发表了他们的研究成果，系统探讨了生姜及其活性成分抗SARS-CoV-2感染的潜力及其作用机制。

本研究主要运用了几项关键技术方法：首先，通过细胞病毒感染模型（使用VeroE6/TMPRSS2细胞系，病毒株为SARS-CoV-2 WK-521株）评估样品（ZR、ZR-P提取物及[6]-gingerol、[6]-shogaol单体化合物）的抗病毒活性和细胞毒性；其次，采用荧光底物法进行体外酶学实验，直接检测化合物对重组SARS-CoV-2 3CLpro和PLpro（Papain-like protease）活性的抑制效果；最后，利用基于FlipGFP（Flipped green fluorescent protein）报告基因的细胞水平蛋白酶活性检测系统，验证[6]-shogaol在细胞内对3CLpro活性的影响。

抗SARS-CoV-2活性

研究人员首先评估了ZR和ZR-P对SARS-CoV-2感染VeroE6/TMPRSS2细胞的影响。结果显示，在50 μg/mL浓度下，ZR-P能显著抑制病毒感染，抑制率达66.1%，且未观察到明显细胞毒性。而相同浓度的ZR则未表现出显著的抗病毒效果。

[6]-shogaol的抑制作用

为了明确ZR-P中起主要作用的成分，研究人员进一步检测了其主要单体化合物[6]-gingerol和[6]-shogaol的抗病毒效果。研究发现，[6]-shogaol在25 μM浓度下能有效抑制70.0%的病毒感染，且细胞存活率保持在88.9%，表明其抗病毒作用并非由细胞毒性引起。而[6]-gingerol在所有测试浓度下均未显示出明显的抗病毒活性。

对3CLpro的抑制作用

为了探究[6]-shogaol抗病毒作用的分子机制，研究人员评估了其对SARS-CoV-2两个关键蛋白酶（3CLpro和PLpro）活性的影响。体外酶活实验表明，[6]-shogaol能浓度依赖性地抑制3CLpro的活性（40 μM时抑制率为20.4%），但对PLpro无显著抑制作用。[6]-gingerol对两种蛋白酶均无抑制效果。为了进一步验证其在细胞内的作用，研究人员采用了FlipGFP报告系统。在该系统中，3CLpro的切割活性可以恢复GFP荧光。结果发现，25 μM的[6]-shogaol处理可使GFP/mCherry信号比值下降19.7%，表明其在细胞水平也能有效抑制3CLpro的活性，尽管其抑制强度低于已知的3CLpro抑制剂GC376。

本研究得出结论，经过炮制的生姜（ZR-P）及其特征活性成分[6]-shogaol能够有效抑制SARS-CoV-2的感染。[6]-shogaol的抗病毒作用至少部分归因于其对病毒3CLpro活性的直接抑制。这为理解生姜，特别是其炮制品的药理作用提供了新的视角，并提示[6]-shogaol及其天然来源ZR-P具有作为抗SARS-CoV-2天然先导化合物或辅助治疗剂的潜力。值得注意的是，[6]-shogaol的有效抗病毒浓度与其产生细胞毒性的浓度较为接近，这提示其在体内的安全性和有效性需要进一步评估。此外，作者也指出，[6]-shogaol的抗病毒机制可能不仅限于抑制3CLpro，其对于病毒进入细胞相关的宿主细胞通路（如PI3K/Akt信号通路）的潜在影响也值得未来深入研究。总体而言，这项研究不仅揭示了传统中药炮制方法对于改变药材化学成分和生物活性的重要性，也为从天然产物中开发抗病毒药物提供了有价值的科学数据。