青蒿化合物抗SARS-CoV-2和乙型肝炎病毒潜力的计算评估：分子对接、MM-GBSA和分子动力学模拟研究

《Discover Pharmaceutical Sciences》：Computational evaluation of Artemisia annua compounds for antiviral activity against SARS-CoV-2 and hepatitis B virus using molecular docking, MM-GBSA, and molecular dynamics simulation

本研究针对COVID-19和乙型肝炎病毒(HBV)持续威胁全球健康的严峻挑战，采用计算生物学方法系统评估青蒿(Artemisia annua)来源化合物的抗病毒潜力。研究人员通过分子对接筛选出芦丁(rutin)、紫云英苷(astragalin)等5个先导化合物，结合分子动力学模拟和MM-GBSA结合自由能计算证实这些化合物与病毒关键靶点Mpro、RdRp、DDB1-HBx和HBCAG具有稳定结合能力。ADMET预测显示多数化合物具有良好的药代动力学特性，为青蒿抗病毒药物研发提供了重要理论依据。

　　

在人类与病毒斗争的漫长历史中，COVID-19疫情已导致全球超过688万人死亡，而乙型肝炎病毒(HBV)每年在非洲造成约20万人因肝硬化和肝癌死亡。尽管数学模型曾预测COVID-19在撒哈拉以南非洲地区将引发重大健康灾难，但实际感染率相对较低，当地广泛使用药用植物可能是重要因素之一。青蒿作为著名的抗疟植物，其热水提取物已被证明在体外能抑制SARS-CoV-2复制，但对其抗病毒活性的系统评估仍显不足。

研究人员采用计算机辅助药物设计方法，对57种青蒿来源化合物进行系统筛选。主要技术方法包括：利用PyRx 0.8进行分子对接分析，选择SARS-CoV-2主要蛋白酶M^pro(PDB:6LU7)、RNA依赖的RNA聚合酶RdRp(PDB:6M71)以及HBV衣壳蛋白HBCAG(PDB:1QGT)和DDB1-HBx复合物(PDB:3I7H)作为靶点；采用SWISSADME和pkCSM进行ADMET(药物代谢动力学和毒性)预测；通过Schr?dinger软件进行100纳秒分子动力学模拟，分析RMSD(均方根偏差)、RMSF(均方根波动)等参数；利用Prime MM-GBSA模块计算结合自由能。

分子对接结果

针对SARS-CoV-2主要蛋白酶M^pro，芦丁表现出最强结合活性(ΔG = -8.97±0.04 kcal/mol)，其次为紫云英苷(ΔG = -8.50±0.17 kcal/mol)。

芦丁与M^pro形成3个氢键，关键相互作用残基包括LEU141、GLU166等。针对RdRp，蒙花苷(cynaroside)结合活性最强(ΔG = -8.90±0.00 kcal/mol)，形成6个氢键。针对HBV靶点，蒙花苷对HBCAG结合活性最佳(ΔG = -8.27±0.11 kcal/mol)，而芦丁对DDB1-HBx复合物结合最强(ΔG = -9.85±0.65 kcal/mol)。

ADMET分析

芦丁等先导化合物表现出中等肠道吸收率(23-54%)和较低血脑屏障透过率，多数化合物不抑制CYP450酶系，降低了药物相互作用风险。斯托固醇(stigmasterol)因高脂溶性(log P≈7.8)可能导致脂肪组织蓄积，而其他化合物均符合Lipinski规则，具有良好类药性。

分子动力学模拟

M^pro-芦丁复合物在100纳秒模拟中保持稳定，蛋白质RMSD低于3?。

芦丁原子波动分析显示，超过80%的原子波动幅度低于3?，形成15个氢键、6个疏水键和23个水桥。相比之下，M^pro-紫云英苷复合物稳定性略差，RMSD最高达3.2?。HBCAG-芦丁复合物同样表现稳定，形成7个氢键、10个疏水键和13个水桥。

MM-GBSA结合自由能分析

M^pro-芦丁复合物结合自由能(ΔG = -87.78 kcal/mol)显著优于M^pro-紫云英苷复合物(ΔG = -31.56 kcal/mol)，主要得益于更强的静电相互作用(-42.01 kcal/mol)和范德华力(-59.64 kcal/mol)。HBCAG-蒙花苷与HBCAG-芦丁复合物结合自由能相近(约-44 kcal/mol)，但前者主要依靠范德华力，后者则依赖静电相互作用。

研究结论表明，青蒿中的黄酮类化合物特别是芦丁、紫云英苷和蒙花苷，对SARS-CoV-2和HBV关键靶点具有高亲和力和稳定性。分子动力学模拟证实这些化合物能与病毒蛋白形成稳定复合物，MM-GBSA分析进一步验证了其优越的结合自由能。虽然芦丁生物利用度较低限制了其单独用药潜力，但青蒿多种化合物的协同作用可能为同时抗COVID-19和HBV的联合疗法提供新思路。该研究为青蒿抗病毒活性的机制阐释提供了理论依据，尤其对医疗资源匮乏地区具有重要应用价值。

需指出的是，本研究仅为计算机模拟结果，需通过体外和体内实验进一步验证。未来研究应重点关注黄酮类化合物的协同抗病毒效应，以及通过结构修饰优化其药代动力学特性。