千金藤素抗新冠病毒研究进展

Abstract

千金藤素是来自传统中药千金藤的一种生物碱，是双苄基异喹啉生物碱家族的一员，临床中主要用于白细胞减少症等疾病。近来，千金藤素抗新冠病毒的研究受到广泛关注，作为千金藤素抗新冠病毒作用的原创发现者，我们简要总结了千金藤素抗新冠病毒的重要研究进展，包括千金藤素抗新冠病毒活性的发现和验证，千金藤素抗新冠病毒机制研究进展以及临床试验进展。

我们利用前期成功分离培养的动物来源的类新冠病毒建立了细胞培养模型，该病毒与新冠病毒在分类学上属于同一物种，均为Beta冠状病毒，二者全基因组DNA序列同源性达86.0%，刺突糖蛋白（S蛋白）氨基酸序列同源性达92.2%，病毒进入细胞的受体都是ACE2^[1]。我们利用该病毒感染模型对包括上市药物在内的约3000种单体化合物进行筛选，我们首次发现千金藤素可作为治疗新冠病毒感染的潜在药物，提示千金藤素可以同时抑制冠状病毒的入胞和入胞后过程^[2]。相关成果于2020年2月16日申报了“千金藤素用于制备治疗新冠病毒感染性疾病的药物的用途”中国专利^[3]。

随后日本的Ohashi等人在BioRxiv上发表预印版研究论文^[4]，发现千金藤素比瑞德西韦具有更好的抗新冠病毒潜力，该研究引用了我们团队前述的研究结果并发表于iScience^[5]。此研究使用新冠病毒感染VeroE6/TMPRSS2细胞，通过药物添加实验确定千金藤素靶向病毒入胞阶段，后续通过分子对接模拟推测千金藤素通过结合病毒S蛋白从而干扰其与ACE2的结合^[5]。对千金藤素和奈非那韦进行联合用药后发现，单独使用千金藤素或奈非那韦均可降低病毒RNA水平，而二者联用可将病毒RNA水平降至更低，说明二者在抑制新冠病毒感染方面具有协同作用^[5]。

2020年8月10日，美国德克萨斯大学医学院的Mark Andrew White等人通过同源建模和分子动力学方法对970 000种化合物进行虚拟筛选，发现千金藤素与SARS-CoV-2 NSP13的ATP结合位点具有最好的结合活性，提出千金藤素是SARS-CoV-2 Nsp13的潜在抑制剂。该研究也通过体外酶活性实验验证了该结果，测试了千金藤素对重组SARS-CoV-2 Nsp13蛋白的ATP酶活性的抑制能力，其IC50值为0.4 mmol/L，具有显著的ATP酶活性抑制能力^[6]。Nsp13解旋酶对病毒复制至关重要，且在冠状病毒家族中高度保守，千金藤素对Nsp13解旋酶的显著抑制作用可能为其抗新冠病毒及广谱抗冠状病毒活性的作用机制之一^[6]。

2021年1月11日，我们通过对千金藤素抑制类新冠病毒感染Vero细胞进行RNA-seq测序分析，显示千金藤素可能通过逆转病毒干扰的HSF1介导的热休克反应、内质网应激/未折叠蛋白反应和缺氧途径发挥抗病毒作用^[7]。基于COVID-19患者的单细胞转录组分析结果表明，新冠病毒感染后患者体内的热休克反应和应激反应相关蛋白上调^[7]。临床结果与千金藤素在细胞水平抑制类新冠病毒的潜在机制吻合，为COVID-19治疗靶点提供了重要依据^[7]。

2021年3月23日，重庆医科大学的黄爱龙团队利用新冠病毒假病毒模型展开了188种天然化合物的抗病毒筛选工作，其中千金藤素抗新冠病毒疗效最佳^[8]。该研究表明千金藤素在3种不同细胞系中对新冠病毒的假病毒S-G614均有显著的抑制效果，在293TACE2，Calu-3，A549-ACE2细胞上对新冠病毒S-G614假病毒的EC50分别为0.351、0.759、0.911 μmol/L；在293T-ACE2细胞中对新冠原始毒株S-D614和突变体N501Y.V1（B.1.1.7）、N501Y.V2（B.1.351）假病毒的EC50分别为0.0537、0.047、0.296 μmol/L。同时，千金藤素对引起了重要疫情的冠状病毒SARS-CoV和MERS-CoV S蛋白假病毒的EC50为0.0417 μmol/L，0.140 μmol/L。以上数据表明千金藤素在体外可以有效的抑制新冠病毒突变体及不同冠状病毒的感染。他们进一步表明千金藤素对新冠病毒S假病毒进入的阻断作用主要取决于钙稳态，千金藤素可以通过靶向宿主钙离子通道来抑制S蛋白/ACE2介导的膜融合。同时，千金藤素上调了细胞内胆固醇水平，这也可能有助于抑制病毒感染^[8]。

2021年7月20日，芝加哥大学的Nir Drayman等^[9]人在Science发表的相关研究数据表明，在1900种临床安全的药物中，千金藤素对新冠病毒具有最好的体外抑制活性，其在A549-ACE2细胞中的EC50仅为0.1 μmol/L，其次则为地氯雷他定，瑞德西韦和三氟噻吨，EC50分别为0.7、0.72、0.76 μmol/L。另外还有3种EC50小于2 μmol/L的药物，分别为三甲丙咪嗪（EC50=1.5 μmol/L），拉帕替尼（EC50=1.6 μmol/L），苯托品（EC50=1.8 μmol/L）。该研究首先利用人冠状病毒OC43模型对1900种临床安全的药物进行体外筛选，经过两轮筛选后最终确定了108种药物能显著减少A549细胞中OC43的感染，其中仅仅5种药物对OC43病毒的EC50小于1 μmol/L。随后进一步验证了有效抑制OC43的药物对新冠病毒的抑制活性，有趣的是，抑制OC43感染最有效的药物（艾尔巴韦和两性霉素B）并没有抑制新冠病毒感染，而千金藤素才是体外最有效的新冠病毒抑制药物。然而千金藤素并不抑制293T细胞中3CL蛋白活性，其对新冠病毒的抑制活性并不通过3CL蛋白实现。此研究证明了千金藤素的体外抗新冠病毒活性在所有被分析的上市单体药物中最高，远远高于已经上市的抗新冠病毒药物瑞德西韦和作者在文章中重点研究的马赛替尼（Masitinib）（EC50=3.2 μmol/L）^[9]。

2021年11月4日，清华大学和北京协和医学院的研究团队利用ChIRP-MS技术鉴定了与新冠病毒、Zika和Ebola等重要人类病毒互作的宿主因子，并在开放药物库中筛选了靶向病毒-宿主因子相互作用的药物^[10]。其中，千金藤素能很好的抑制新冠病毒原始株感染过表达ACE2的A549细胞系，IC50为1.67 μmol/L，CC50为30.92 μmol/L。随后，千金藤素在hACE2转基因小鼠中的抗新冠病毒作用也被评估。相较于对照组，药物治疗组（感染新冠病毒原始株前1 d进行鼻内给药）的病毒载量在感染后第5天出现显著降低，并且千金藤素治疗组小鼠的TNF和IL-6等炎症因子水平明显降低，小鼠肺部的炎症损伤明显减轻。此外，千金藤素对Beta突变株感染的A549细胞系也具有很好的抑制作用，IC₅₀值为0.24 μmol/L，这一数值在Beta突变株感染的Huh7.5.1细胞中仅为0.06 μmol/L。联合使用千金藤素和三氟拉嗪（各5 μmol/L）可使Huh 7.5.1细胞系中病毒RNA水平降至低于0.01%。这些结果表明，千金藤素能在较低浓度下发挥抗新冠病毒作用，具有良好的有效性和安全性。同时，其还能发挥抗炎作用，减轻病毒感染引起的肺损伤。千金藤素在新冠病毒突变株感染的细胞和新冠病毒感染的hACE2小鼠上均表现出很强的抑制作用，提示千金藤素具有潜在的控制新冠病毒感染的临床价值^[10]。

2021年12月9日，日本的Shirai团队也报道了千金藤素在VeroE6/TMPRSS2细胞上具有优异的新冠病毒抑制能力，EC50为1.90 μmol/L，并根据计算机模拟推测千金藤素分子中的二苯酯基团为药效基团，但未能发现千金藤素重点靶向的病毒蛋白^[11]。

在千金藤素治疗新冠肺炎的临床试验方面，加拿大制药公司PharmaDrug于2020年3月3日在美国申请获得了千金藤素肠溶制剂的专利^[12]。该专利中千金藤素被制备成千金藤素肠溶制剂（PD-001）用于口服，与千金藤素相比，PD-001在啮齿动物和非啮齿动物模型中更容易吸收，生物利用度显著提高。2021年6月该公司将千金藤素用于治疗轻度至中度COVID-19感染的临床试验申请提交至美国FDA^[13]，9月份获得美国FDA的Pre-IND会议请求，并于11月下旬与美国FDA就千金藤素用于治疗轻度至中度新冠病毒感染的临床试验达成一致意见，PharmaDrug计划在2022年下半年启动相关临床研究。这是迄今唯一一个千金藤素拟用于治疗新冠肺炎临床研究的项目。

作为一个上市70余年的老药，千金藤素主要从防己科千金藤属植物根茎中提取、分离、纯化获得，具备成熟的生产工艺，价格便宜^[14]。其主要原料Stephania rotunda是一种原产于中国，现常见于整个东南亚的爬行植物。除了抗新冠病毒，还有报道表明千金藤素具有抗寄生虫、抗菌、抗肿瘤、抗炎症等活性^[15]。国内目前已存在的千金藤素片的中成药药品批文有4个^[16]。此外西安海纳生物医药有限公司和河南省医学科学研究所对盐酸千金藤素和盐酸千金藤素注射液进行了化药药品注册，并且被同意批准临床^[17]。

总结与展望

自从2020年2月千金藤素抗新冠病毒活性被首次发现以来，国内外多个研究团队相继发现并证实了其优异的抗新冠病毒活性。无论是在体外细胞水平还是在hACE2转基因小鼠体内水平，千金藤素均能显著抑制野生型以及Beta等突变株的感染。值得注意的是，加拿大制药公司PharmaDrug已申请了千金藤素治疗轻度至中度新冠病毒感染的临床试验，这对千金藤素早日走入新冠病毒病临床治疗具有重要意义。千金藤素作为一种从天然植物中提取的上市“老药”，我们应该加速对千金藤素抗病毒的临床前及临床研究，这对于COVID-19疫情的防治具有重要的意义。

此外，多项研究表明千金藤素具有广谱的抗病毒活性，不仅能显著抑制新冠病毒的感染，还对SARS-CoV^[8]、MERS-CoV^[8]、HCoV-OC43^[9]、HIV-1^[18]、EboV^[10]、Zika^[10]、HSV-1^[19]、HTLV-1^[20]等多种重要人类病原体具有显著的抑制活性。千金藤素还具有增加白细胞数量和提高人体免疫力的作用^[15]。千金藤素广泛的药用价值正在受到普遍关注，提高了人们对千金藤素相关研究重视程度，推动了千金藤素相关产业的发展。随着千金藤素抗各种重要人类病原体的活性被广泛认可，人们对千金藤素的需求逐渐增大。而目前千金藤素主要从相关植物如地不容、金线吊乌龟、云南地不容等多年生草质落叶藤木^[21]中提取得到，提取工艺复杂，提取率等问题可能导致相关植物面临着被过度挖掘而成为濒危物种的危险。

因此，我们应该深入研究千金藤素的化学合成和生物合成的生产工艺，提前布局千金藤素相关产业的发展，为千金藤素服务人类健康事业作出更大的贡献。

Biography

范华昊，副教授，硕士生导师，E-mail: fanhuahao@mail.buct.edu.cn

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