撰文丨亨利
中藥經過幾千年的發展，成為了藥物發現的寶貴資源。例如，青蒿素及其衍生物蒿甲醚的發現對於瘧疾治療是一個里程碑的貢獻。中藥在此次抗擊疫情中發揮了重要的作用，同時也為新型抗病毒藥物的研發提供了豐富的資源和重要的思路。
2020年4月14日，中科院上海藥物所許葉春、葉陽與中科院武漢病毒所吳妍及上海科技大學白芳等合作在預印本網站bioRxiv上發佈了題為"Discovery of baicalin and baicalein as novel, natural product inhibitors of SARS-CoV-2 3CL protease in vitro"的研究成果，報道了黃芩主要成分黃芩苷和黃芩素為新冠病毒（SARS-CoV-2）3CL蛋白酶的新型抑制劑，並且在細胞水平能有效抑制SARS-CoV-2的複製。
中草藥及天然產物已有多種抗病毒活性的報道和記載，其中黃芩及其成分曾用於防治肝炎和呼吸系統疾病等。3CL蛋白酶是水解冠狀病毒多聚蛋白前體產生功能性非結構蛋白的主蛋白酶，在病毒複製中發揮關鍵作用，而其底物選擇性具有高度保守性，因而是理想的廣譜抗病毒藥物靶點之一（新冠病毒相關結構已由饒子和院士領導的團隊解析，詳見此前BioArt的報道：https://www.toutiao.com/i6813647708771844619/）。研究者們首先利用熒光共振能量轉移方法（FRET）測定了黃芩總水提物和組分對新冠病毒3CL蛋白酶的抑制活性，發現其中兩個組分在10.0 μg/mL時具有顯著的抑制作用，而這兩個組分中主要包含的化合物分別為黃芩苷和黃芩素。進一步測定黃芩苷和黃芩素單體對SARS-CoV-2 3CL蛋白酶抑制的IC50分別為6.41 μM和0.94 μM。同時等溫滴定量熱法（ITC）和高分辨率質譜（MRMS）確證了黃芩苷和黃芩素以非共價方式特異性地與蛋白酶結合，並獲得了這兩個天然產物與3CL蛋白酶的結合常數。
緊接著，研究者們利用了X射線晶體學方法解析了分辨率為2.2 Å的黃芩素與SARS-CoV-2 3CL蛋白酶複合物的晶體結構，揭示了黃芩素獨特的作用模式。複合物結構中黃芩素的三個酚羥基與Leu141/Gly143主鏈和Ser144/His163側鏈形成了多個氫鍵，與Gln189/Arg188/Met49/Cys44/His41等殘基形成了疏水相互作用，與催化氨基酸Cys145形成了S-p相互作用。因此，黃芩素作用於3CL蛋白酶底物結合口袋中的核心位置，並與兩個催化殘基、氧離子空穴（殘基138–145）、Glu166和S1/S2位點等相互作用，而這些都是識別底物及類肽抑制劑的關鍵殘基和位點。
新冠病毒3CL蛋白酶的氨基酸序列與SARS-CoV 3CL蛋白酶序列的等同性為96%，因此推測黃芩素也能很好地抑制SARS-CoV的3CL蛋白酶，黃芩素抑制SARS-CoV 3CL蛋白酶的IC50為1.18 μM。比較分析抑制劑結合的所有SARS-CoV及SARS-CoV-2 3CL蛋白酶晶體結構發現，黃芩素與3CL蛋白酶的結合方式完全不同於已知抑制劑。如果已知類肽抑制劑被描繪成與底物競爭結合的"劍"，黃芩素則象坐落於兩個催化氨基酸前充當"盾牌"，從而防止底物接近活性位點。黃芩素獨特的結合方式，加上分子量小但配體結合效率高，使其具有很好的研發價值。
為了進一步評價黃芩苷和黃芩素對新冠病毒的抗病毒作用，研究者們首先用CCK8法測定兩個化合物對細胞的毒性，發現這兩個化合物的細胞半數毒性濃度（CC50）超過200 μM，表明黃芩苷和黃芩素的細胞毒性非常低。隨後，通過qRT-PCR檢測細胞上清液中病毒拷貝數以評價化合物的抗病毒效果，發現黃芩苷和黃芩素對SARS-CoV-2的複製均呈劑量依賴性抑制，兩個化合物的半數有效濃度（EC50）分別為10.27 uM和1.69 uM。因此，綜合細胞毒性和病毒複製抑制活性，黃芩素的細胞抗病毒效應優於大多數報道的化合物。黃芩苷片在中國已被用作急性、慢性或持續性肝炎的輔助治療，而黃芩素已完成臨床一期實驗，目前正在開展抗流感相關症狀的臨床二期實驗；一些用於治療新冠病毒感染患者的中藥或中成藥（如清肺排毒湯和雙黃連口服液）也含有黃芩。這些臨床安全性數據結合本項研究中發現的對新冠病毒3CL蛋白酶活性及細胞中病毒複製的有效抑制結果，表明黃芩苷和黃芩素對新冠肺炎的治療具有潛在應用價值。
總的來說，這項研究為探索中藥或中成藥的體外藥效和有效識別針對特定靶點的生物活性成分研究提供了一個範例。
值得注意的是，4月12日，北京大學來魯華團隊在bioRxiv也發佈了黃芩通過抑制3CL蛋白酶抑制新冠病毒複製的實驗結果。這些研究結果表明黃芩及其主要成分具有進一步研發成為抗冠狀病毒藥物的前景。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1101/2020.04.13.038687
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