植物精油抗病毒研究概況

張 瑜，何華名，何聰芬

(北京工商大學 北京市植物資源研究開發重點實驗室，北京 100048)

病毒性疾病通常具有高度的傳染性和致病性(如宮頸癌腫瘤等)，發病率和死亡率極高[1]。盡管人類在預防和控制病毒性疾病方面已取得了很大成就，但近些年中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle east respiratory syndrome, MERS)[2]、禽流感病毒(Avian influenza A, H7N9)[3]、埃博拉病毒(Ebola virus disease, EVD)[4]、寨卡病毒(Zika virus, ZIKV)[5]和2019新型冠狀病毒(2019 novel corona virus , 2019-nCoV)[6]等引發的一系列疫情表明，病毒仍對全球公共衛生構成嚴重威脅。

目前，疫苗預防作為臨床對抗病毒性疾病最為普遍且行之有效的手段之一，在提高人體免疫力的同時無形中加快了病毒的變異速度，使得疫苗的研發速度遠遠跟不上病毒的變異速度，導致病毒的預防愈加困難。另一方面，臨床上使用的抗病毒藥物通常會產生耐藥性、依賴性、副作用等，而且病毒性疾病的潛伏期在一定程度上也限制了現有抗病毒藥物的治療效果，所以尋找天然、毒副作用小的潛在的抗病毒藥物或先導化合物成為大勢所趨。

植物精油(Plant essential oil, PEO)是成分眾多、結構復雜的一類天然混合物，是天然中草藥中重要的活性成分，許多PEO被美國食品和藥物管理局(FDA)歸類為一般公認安全物質(Generally regarded as safe, GRAS)。另外，已有研究報道PEO和其中單體化合物在體內外對單純皰疹病毒1型(Herpes simplex virus type 1, HSV-1)、單純皰疹病毒2型(Herpes simplex virus type 2, HSV-2)、流感A/PR/8病毒(H1N1亞型)、傳染性支氣管炎病毒(Infectious bronchitis virus, IBV)和SARS冠狀病毒(Severe acute respiratory syndrome corona virus, SARS-CoV)的抗病毒活性和作用機制[7-10]，表明在抗病毒應用方面，PEO存在一定的潛力且非常具有研究價值[11-12]。本研究從病毒的特性、感染過程入手，對PEO在抗病毒方面的研究現狀、應用、作用機理及功效成分進行了綜述。

1 病毒概述

病毒是指只能在宿主細胞內進行復制的遺傳單位或微生物[13]。它具有以下特點：(1)只含有一種類型的核酸(DNA或RNA)，作為遺傳信息的載體；(2)不含有功能性核糖體或其他細胞器；(3)RNA病毒，全部遺傳信息都在RNA上編碼，這種情況在生物學上是獨特的；(4)體積比細菌小得多，僅含有少數幾種酶類；(5)不能在無生命的培養基中增殖。

病毒因“徹徹底底”的“寄生”性，必須依賴宿主細胞的代謝系統復制自身核酸，合成蛋白質并裝配成完整的病毒顆粒[13-14]。當宿主機體受到病毒的感染后，一方面為了維持正常的生理活動盡可能減少病毒造成的損害，機體自身控制的程序性死亡基因會被誘導啟動，致使機體細胞死亡，組織器官受到損傷；另一方面被病毒感染的細胞死亡將嚴重影響病毒復制，并阻止病毒在宿主中的擴散。因此，在漫長的進化過程中，病毒會通過經常發生變異來延遲或抑制細胞死亡、拮抗凋亡，以保證病毒蛋白的合成、裝配和復制。

2 抗病毒主要途徑

病毒的感染就其本質而言是一種分子感染，既包括病毒在宿主細胞內復制和增殖的過程，也包括病毒致病和宿主產生免疫的生理過程[15-17]?；诓《镜母腥具^程和特點，抗病毒的主要途徑、每種途徑的優缺點，以及對應的藥物如表1所示。

表1 抗病毒的主要途徑Table 1 The main ways of anti-virus

3 PEO抗病毒研究現狀

PEO的抗病毒活性一直是研究熱點。一直以來就有用牛至精油治療流行性感冒的例子[18]，近現代PEO被用于抗病毒的例子亦是屢見不鮮，國內外關于不同植物來源的精油抗病毒，以及精油中不同成分抗病毒的報道更是層出不窮。從早期的HSV，到近年流行性病毒，再到無包膜病毒，隨著對PEO抗病毒研究的不斷深入，PEO抗病毒活性得到了更大程度的挖掘和開發。一種精油可以對抗多種病毒，一種病毒有多種PEO可以對其產生抗性，更有不同精油復配可達到更好的抗病毒效果的例子被研究者證實[19]。

表2 不同PEO抗病毒種類及其作用途徑或方式Table 2 Different PEO antiviral species and their action pathways

病毒從結構上可以分為包膜病毒和無包膜病毒，病毒的包膜結構由脂質和糖蛋白組成。常見的無包膜病毒包括人諾如病毒(Norovirus, NOV)、MNV、RV、脊髓灰質炎病毒(Poliovirus, PV)和AdV等。目前關于PEO對包膜病毒的報道較普遍，對無包膜病毒的研究相對有限。研究發現，PEO對無包膜病毒的作用機制與包膜病毒是相似的，要么直接作用于病毒本身(如包膜或衣殼上)，要么在病毒侵入到宿主細胞后的復制早期發揮作用。相比較而言，PEO對包膜病毒表現廣譜的抗病毒效果，而在對抗非包膜病毒方面，種類相對較少，抗病毒效果也比較差。

4 PEO抗病毒作用機制

PEO的抗病毒機理主要體現在對宿主細胞的保護、對病毒的直接滅活、抗病毒吸附、對已感染細胞的治療以及調節機體免疫五個方面?？梢酝ㄟ^四種方式進行驗證：(1)預處理細胞；(2)預處理病毒；(3)吸附階段：病毒與細胞接觸時，立即加入精油；(4)在病毒入侵細胞后，加入精油培育細胞[32]。

4.1 保護宿主細胞

病毒感染的前期，用精油預處理細胞，精油分子進入宿主細胞后，率先搶占細胞上的各種受體，當受體被精油分子占滿后，病毒的遺傳信息就無法釋放至宿主細胞內部進行復制。

在感染吸道合胞病毒(Reispiratory syncytial virus, RSV)前應用頭狀山茱萸、牛至和鼠尾草三種精油的復合精油預處理細胞24小時，空斑降低至60%以下，而短時間使用復合精油預處理或病毒進入細胞后使用復合精油處理均沒有表現出抗RSV病毒的效果[19]；實時熒光定量PCR中發現，經百里香精油預處理的細胞，使得腦心肌炎病毒(Encephalomyocarditis virus, EMCV)拷貝數由陽性對照組(未加精油組)的3.16×107TCID50/mL降低到1.99×106TCID50/mL[32]。

4.2 滅活病毒

病毒表面有一層蛋白質外殼(非包膜病毒)或者脂質包膜，可以保護病毒的RNA或者DNA信息。對于非包膜病毒來說，精油中的酚類、醛類、氧化物分子可以使非包膜病毒的蛋白質衣殼解體、變性。對于脂質包膜的病毒，PEO可以使包膜溶解，從而直接滅活病毒。

感染前，使用精油(牛膝草油、百里香油或姜油精油)預孵育HSV-2，然后再與細胞作用，HSV-2菌斑的形成減少了90%以上，與HSV-2感染前或吸附期后向細胞中加入精油相比抑制作用更顯著[33]；百里香精油與人體腺病毒(Human adenovirus, HAdV3)懸浮液混合培養2h，再加入單層細胞培養，觀察發現細胞損傷較陽性對照和其他3種作用方式(保護、治療、吸附)明顯減輕，與陰性對照組(未與病毒作用組)相似，病毒滴度由105.33TCID50/mL下降到104TCID50/mL[32]；鼠諾如病毒(MNV)是一種無包膜病毒，MNV在與百香草精油作用時，會使病毒蛋白質衣殼失去完整性，最終導致病毒基因組暴露，隨后精油直接作用于病毒RNA，隨著時間的推移和精油濃度的增加，病毒大量降解[31]。

4.3 抑制病毒吸附宿主細胞

對于包膜病毒，PEO干擾病毒顆粒薄膜的結構，從而抑制病毒對宿主細胞的吸附。對于非包膜病毒，PEO在病毒粒子表面形成抗菌涂層導致病毒非特異性地與宿主細胞結合，抑制細胞的感染性。通常直接滅活病毒和防止病毒吸附到宿主細胞這兩種方式目前還沒有很清晰的界定。

矮赤松(Pinusmugo)精油和柑橘(Citruslimon)精油與皰疹病毒混合后立即加入宿主細胞，可以有效減少HSV-1和HSV-2斑塊的形成約80%[34]。牛至精油在抑制病毒吸附宿主細胞方面效果最明顯，作用48h后病毒拷貝數最高降低大于一個10的數量級單位[32]；檸檬草精油作用后的MNV衣殼保持完整、基因組完好無損，可能是通過精油分子包裹病毒衣殼來阻止病毒對宿主細胞的特異性吸附，從而發揮抗病毒作用[31]。

4.4 抑制病毒在宿主細胞內的復制增殖和擴散

病毒感染機體后，必須不斷進行自我復制并擴散到新的宿主細胞，才能維持其生理活性。抑制病毒在體內的復制增殖或者阻止病毒在細胞間的傳播，是目前治療病毒性疾病的主要方法。對于非包膜病毒來說，抑制劑主要在感染后復制的早期階段(感染后數小時內)發揮作用。

Búfalo等[35]在非包膜病毒脊髓灰質炎病毒(PV-1)感染宿主細胞后2h，添加龍舌蘭精油顯示出最好的抗病毒活性(抑制率49.6%)；Tseliou等研究表明CAPEO可在早期干擾H1N1病毒核糖核蛋白(vRNP)在細胞核穿梭，并持續到感染的整個過程，最終致使H1N1的復制和子代病毒的產生受到嚴重抑制[19]； 亞香茅精油可以以劑量依賴性方式抑制人類免疫缺陷病毒逆轉錄酶(HIV-1 RT)的活性，從而抑制HIV病毒的復制繁殖，其主要活性成分為(S)-β-香茅醇。與此同時，Mori還發現其他三種精油(白千層葉精油、桉葉精油和多花利比里亞精油)對HIV-1逆轉錄酶均具有抑制作用[36]。

4.5 提升宿主自身免疫力

精油里的醇類、酚類、醛類分子進入人體后可以促進骨髓細胞分裂中性粒細胞，增加中性粒細胞的數量，從而增強人體自身免疫力。

黑種草精油提高了CD4+輔助T細胞數量和血清IFN-γ水平，增加巨噬細胞數量，從而達到抗小鼠巨細胞病毒(Murine cytomegalovirus, MCMV)的作用[37]；Chowdhury等[38]跟蹤監測肉雞體內對NDV抗體效價的變化，結果發現與對照組(未喂食任何抗生素和精油)相比，添加精油和抗生素組對NDV的抗體效價要高，而且肉桂皮精油和丁香花精油組的效果最顯著。該結果與Sadeghi等[39]的發現一致，肉桂皮精油中的肉桂醛比香芹酚和百里香酚等其他酚性油具有更強的抗菌活性，增強了肉雞對NDV的免疫反應[40]。

5 PEO抗病毒活性成分

PEO成分復雜多樣，具有揮發性和親脂性，一般包括萜類化合物、芳香族化合物和含氮含硫化合物等[41]。研究發現，PEO中的萜、酚、醛及其衍生物能夠在病毒復制周期的不同階段發揮作用[42-43]。

5.1 萜類

萜類化合物在PEO中占比最大，多為單萜、倍半萜和它們的含氧衍生物。PEO中常見的萜類化合物包括1,8-桉葉醇、檸檬烯、松油醇、α-蒎烯等。

八角茴香精油[7]中的倍半萜類化合物(反式茴香腦、β-石竹烯和β-環氧石竹烯)可以直接作用于HSV，抑制率為40%～99%，且其中的β-石竹烯的抑制率為98%，選擇性指數(SI)為140，具有潛在的抗病毒活性[44]；羅勒精油中的1,8-桉葉醇和樟腦直接孵育BVDV，樟腦SI=13.88，1,8-桉葉醇SI=9.05，可作為潛在抗BVDV的藥物來源[45]；另外，生姜、檸檬、茶樹、陳皮、艾蒿和檸檬草精油中的香茅醛、檸檬烯、1,8-桉葉醇和α-姜烯通過直接作用于TMV，可以干擾外殼蛋白或抑制衣殼蛋白的形成[28]；桉樹、茶樹和百里香精油中的單萜類化合物(除1,8-桉葉醇外)通過直接滅活游離病毒顆粒而顯示出較高的抗HSV-1活性，抑制率均在80%以上，而且單萜烴的抗病毒活性略高于單萜醇，α-蒎烯和α-松油醇的SI最高，安全性和抗病毒能力最佳[46]。

5.2 苯丙素類化合物

芳香族化合物在PEO中所占比例僅次于萜類，其中含有大量苯丙素及其衍生化合物，多為酚、醛化合物，如：百里香酚、丁香酚等。

百里香酚表現出的保護作用和直接抗HAdV3作用，均使HAdV3的病毒滴度下降了至少一個數量級[32]。香芹酚對RV的選擇指數SI為33，具有潛在的抗病毒活性[26]；香芹酚還可直接作用于MNV衣殼，使得病毒的衣殼直徑增大，膨脹解體，然后作用于RNA，在1小時內有效地滅活MNV[48]；除此之外，酚類化合物還可以抑制植物病毒。Wang和Sun等人[49-50]發現丁香酚可以抵抗番茄黃葉卷曲病毒(TYLCV)的感染，而且丁香酚對植株的保護作用強于對TYLCV的治療作用，其機制可能與激活防御基因的表達有關。

5.3 有機硫化合物

大蒜精油和洋蔥精油中含有豐富的槲皮素和大蒜素，二者是有機硫化合物的典型代表，許多研究報道了二者的抗病毒活性[51]。槲皮素可以通過阻斷病毒附著階段來減少腸道病毒感染[52]；在另一項研究中，槲皮素能夠改變登革熱病毒(Dengue, DEN)感染的細胞中促炎細胞因子的活性，從而提高人體免疫力達到抗病毒感染的作用[53]；此外，Rojas等[54]發現槲皮素可以直接抑制病毒基因組復制、改變病毒顆粒的完整性，從而達到抗丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus, HCV)的作用。關于大蒜素的報道中指出，大蒜素可以作用于炎癥細胞因子，從而調節免疫系統以應對病毒感染[55]；還可以穿透細胞磷脂膜，進一步抑制感染后宿主細胞中病毒的增殖，從而展現抗病毒活性[56]。還有研究表明，大蒜油中的大蒜新素對人巨細胞病毒(Human cytomegalovirus, HCMV)感染有明顯的預防和治療作用，而且大蒜新素對HCMV的作用點是在病毒復制周期的早期，對HCMV的IE基因能特異和有效地抑制[57]。

表3 PEO中主要抗病毒成分及抗病毒方式Table 3 The main antiviral ingredients and antiviral methods of PEO

不同化合物的抗病毒活性機制不同，作用靶點也有所差異。同一化合物抵抗不同病毒的能力存在差異性，這可能是由不同病毒結構或者化合物的選擇性決定的。單一成分的抗病毒活性并不等同于PEO的抗病毒活性，這可能是由于PEO中多種化學成分相互作用造成的。同樣地，含有成分構成類似的PEO針對相同病毒所表現出的抗病毒活性也有不同。

6 結 論

PEO對動、植物病毒病的防治發揮的巨大作用已被屢次證實，可作為生態友好型產品應用于動、植物病毒病的防治中。但PEO的化學成分復雜性、作用方式多樣性給研究帶來了一定的難度，使得PEO抗病毒機理、途徑尚未系統性、綜合性地被解釋，尤其是PEO在對抗無包膜病毒方面的研究還比較有限。因此，需要更多臨床試驗和證據來進一步評估確定PEO抗病毒的特殊機制及在實際應用中的成本和適用性。此外，關于PEO復配使用、PEO與抗生素聯合使用值得進一步研究開發。