百里酚醌作为潜在的抗SARS-CoV-2药物：体外抗病毒活性评估及多尺度计算机模拟分析

《Results in Chemistry》：Thymoquinone as a potential anti-SARS-CoV-2 agent: In-vitro antiviral profiling and multi-scale in-silico analysis

　　

Khaled Lotfy|Diya AL-Ramamneh|Karima El-Absy|Fayez El-Hossary|Sayed Khalil|Hany Abd El-Raheem

沙特阿拉伯塔布克大学科学学院塔伊马分校生物系，邮政信箱741，71491塔布克

摘要

SARS-CoV-2持续存在的全球威胁凸显了寻找高效且生物相容性强的抗病毒剂的必要性。本研究采用了一种多层次的综合方法——结合了计算机模拟量子计算、分子对接、粗粒度动力学分析（iMODS-NMA和CABS-flex）以及体外实验，来评估Nigella sativa的主要生物活性成分百里酚醌（TQ）作为SARS-CoV-2复制机制潜在抑制剂的潜力。密度泛函理论（DFT）计算显示，TQ的HOMO–LUMO能隙较窄（3.8637 eV），分子静电势（MEP）有利，表明其具有较高的化学反应性和与生物靶点相互作用的潜力。对接模拟表明TQ与催化RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp, nsp12）及关键nsp7–nsp8辅因子复合物的结合位点适宜，亲和力适中。利用模型环二肽（cycloAsn-Asn和cycloSer-Ser）进行的量子级分析（QTAIM、NBO和NCI）证实了TQ能够稳定非共价相互作用，为蛋白质-配体识别提供了可化学解释的见解。通过iMODS服务器进行的正常模式分析（NMA）以及CABS-flex软件的RMSF计算表明，TQ的结合伴随着RdRp内的低能量集体运动和局部灵活性变化，这支持了TQ通过别构调节而非特异性抑制病毒复制的机制。

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和¹H核磁共振（¹H NMR）对TQ进行结构表征后发现，该物质在SARS-CoV-2感染的Vero-E6细胞中表现出强烈的抗病毒活性。体外实验测得其半数抑制浓度（IC50）为7.018 μg/mL，半数细胞毒性浓度（CC50）为1150 μg/mL。这些数据对应的选择性指数（SI）约为163.86，表明其具有较宽的安全治疗窗口。药代动力学（ADMET）分析显示TQ具有良好的药物特性、高口服生物利用度（97.22%），且无肝毒性或心脏毒性。此外，TQ还表现出广谱抗菌效果，尤其是对Pseudomonas aeruginosa有效。综上所述，百里酚醌作为一种高选择性的天然化合物，为开发针对病毒复制机制的先进抗病毒剂提供了有力基础。