甘草酸制剂防治新型冠状病毒肺炎的可能机制

2020-12-28李变玲黄会芳王晓阳严微霍丽娟

实用心脑肺血管病杂志 2020年11期

李变玲，黄会芳，王晓阳，严微，霍丽娟

新型冠状病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）已波及全球170多个国家和地区，严重威胁到世界各国人民的生命健康。目前，COVID-19的治疗尚无特效药，以对症、预防干预为主，而开发安全、稳定的疫苗是一个巨大挑战，因此寻找安全有效的治疗药物仍迫在眉睫。研究表明，COVID-19与严重急性呼吸综合征（SARS）有相同的受体—血管紧张素转换酶2（ACE2），而甘草酸制剂不仅可以抑制新型冠状病毒与ACE2结合，还可以发挥免疫调节、类固醇样作用，从而抑制病毒的复制。本文基于大量关于甘草酸制剂的最新研究及在抗SARS中的应用经验，综述了甘草酸制剂防治COVID-19的可能机制，以期为甘草酸制剂在防治COVID-19方面提供一定的理论依据。

1 COVID-19概述

COVID-19是人体感染严重急性呼吸综合征冠状病毒 2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARSCoV-2）引起的一种急性呼吸道传染病。自20世纪60年代首次发现人类冠状病毒以来，SARS-CoV-2是目前已知感染人类的第七种冠状病毒［1］。所有冠状病毒中，HCoV-NL63、HCoV-229E、HCoV-OC43和HKU1可引起轻微疾病，而SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2可导致严重呼吸综合征［2］。

COVID-19初期以发热、干咳、乏力为主要表现，后期可逐渐出现呼吸困难，严重者可快速进展为急性呼吸窘迫综合征、脓毒性休克、难以纠正的代谢性酸中毒和出凝血功能障碍、多器官功能衰竭等。COVID-19具有传播速度快、范围广、传染性强等特点，可通过飞沫、密切接触传播，且存在经气溶胶传播的可能，其临床分型包括轻型、普通型、重型、危重型。

2 甘草酸制剂

甘草酸又称为甘草皂甙、甘草甜素，是一种从甘草的根和茎中提取的三萜皂苷，分子式为C42H62O16，以顺式甘草酸（18β-甘草酸）和反式甘草酸（18α-甘草酸）两种立体异构体形式存在，是甘草中最重要的有效成分之一。目前已经有甘草酸单铵、甘草酸二铵、复方甘草酸苷、甘草酸二铵脂质体及异甘草酸镁等多种形式的产品，不同甘草酸制剂的作用机制基本一致，均可能通过抗炎作用、抗病毒作用、免疫调节、抑制ACE2活性、保肝作用及激素样作用而达到治疗COVID-19的目的。

2.1 抗炎作用 COVID-19发病人群中男性占比高于女性，多数患者以发热、干咳、乏力、肌肉疼痛、咳痰、呼吸困难等全身症状及呼吸道症状为主，部分患者可出现恶心、呕吐等消化道症状，部分患者无任何临床表现。朱洁云等［3］研究表明，大部分COVID-19患者白细胞计数正常、淋巴细胞计数减少、C反应蛋白升高，但降钙素原正常。甘草酸可通过选择性抑制花生四烯酸、核因子κB（NF-κB）、磷酸肌醇3激酶（PI3K）等多种代谢途径的产物及细胞色素C的释放而减弱前列腺素E2（PGE2）、前列环素2（PIG2）、血栓烷2（TXA2）、白三烯等炎性递质的释放，进而抑制炎性反应［4］；此外，其还可通过诱导抗氧化剂防御系统而抑制脂质过氧化作用，减轻氧化和组织损伤，减少一氧化氮（NO）、环氧合酶2（COX-2）和白介素（IL）-1β的分泌及释放，抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、磷脂酶A2（PLA2）蛋白质表达及转录活性，抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的肿瘤坏死因子α（TNF-ɑ）、IL-6和IL-1β的释放［5］。LEE等［6］认为，甘草酸可通过细胞内信号通路而抑制中性粒细胞的迁移和浸润，从而对LPS诱导的急性肺损伤小鼠发挥一定抗炎作用。甘草酸还能通过直接与高迁移率族蛋白1（high mobility group box-1，HMGB-1）的 BOX-A 结合［7］而抑制HMGB-1磷酸化，通过降低HMGB-1含量而发挥抗炎作用。既往研究发现，甘草酸可有效降低细胞间黏附分子1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和基质金属蛋白酶 9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）水平［8］，间接增加超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化酶（glutathione peroxidase，GSH-PX）的活性及Akt、细胞外信号调节激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）的表达［9］。

2.2 抗病毒作用方炳虎等［10］研究表明，甘草粗提物能有效抑制H9N2亚型禽流感病毒感染小鼠的肺实变。CHENG等［11］研究表明，甘草多糖能通过调节巨噬细胞而提高细胞内NO、IL-1、IL-6和IL-12含量。ASHRAF等［12］研究证实，甘草酸对新城疫病毒（newcastle disease virus，NDV）具有较强的抗病毒作用。甘草酸是一种有效的抗丙型肝炎病毒（HCV）、人类免疫缺陷病毒（HIV）、柯萨奇病毒B3（CVB3）、鸭肝炎病毒（DHV）、肠病毒71型（EV71）、柯萨奇病毒A16（CVA16）、单纯疱疹病毒1型（HSV1）和H5N1病毒的化合物，其作用机制是通过减弱病毒活性（如抑制病毒基因的表达和复制）而减少病毒黏附力和应力，进而减少HMGB-1与DNA结合［13］。CINATL等［14］通过评估利巴韦林、6-氮胞苷、吡唑呋林、霉酚酸和甘草酸对两种冠状病毒毒株（FFM-1和FFM-2）的抗病毒潜力，发现甘草酸可通过抑制病毒的吸附和穿膜而抑制病毒早期复制，且高浓度甘草酸可完全阻止SARS-CoV复制。有多项研究证实，甘草酸制剂治疗SARS患者疗效确切［15-17］。FU等［18］研究证实，甘草酸二铵可通过上调干扰素γ（IFN-γ）mRNA表达及下调TNF-αmRNA表达而发挥抗病毒作用。

2.3 免疫调节 SARS-CoV-2感染人体后首先通过ACE2受体而进入肺上皮细胞并增殖、释放到细胞周围和血液中，此时机体产生免疫球蛋白M（IgM）抗体并形成病毒抗原-抗体复合物，被巨噬细胞或树突细胞吞噬并释放出RNA，进而导致病毒大量复制，产生更多病毒。大部分COVID-19患者可通过产生强大抗体而中和病毒，进而使病情趋于好转并痊愈；但也有约10%的COVID-19患者不能形成足够多的中和抗体来有效清除病毒，进而启动细胞免疫系统。T淋巴细胞等免疫细胞活化可释放细胞因子，清除局限在肺上皮细胞周围的病毒，可通过正反馈循环机制而导致细胞因子风暴，造成机体严重损伤甚至死亡。HUANG等［19］研究发现，与健康人相比，被SARS-CoV-2感染的患者入院时血浆IL-1β、IL-1RA、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、IFN-γ、γ干扰素诱导蛋白-10（IP-10）、巨噬细胞炎性蛋白1A（MIP-1A）、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）及TNF-ɑ等促炎因子水平明显升高；同时还发现，ICU SARSCoV-2感染患者血浆 IL-2、IL-7、IL-10、G-CSF、IP-10、MIP-1A、MCP-1、TNF-ɑ水平高于非ICU SARS-CoV-2感染患者，表明SARS-CoV-2感染患者存在细胞因子风暴。有研究发现，甘草酸能通过抑制TNF-ɑ、IL-8、IL-1β及IL-6等相关炎性因子表达及激活转录因子NF-E2相关因子2和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferateractivated receptor，PPAR-γ）的表达而阻断下游炎性通路，进而使NO、血栓素B2、PGE2、白三烯和细胞内活性氧（ROS）等促炎基因表达受抑制［20-21］。周外民等［22］研究发现，甘草酸二铵能通过抑制IL-4、TNF-α水平而调节免疫反应。也有研究显示，静脉注射甘草酸二铵能抑制TNF-α释放，同时促进抗炎递质IL-10表达，对急性肺损伤患者具有一定治疗作用［23］。甘草酸二铵能明显提高COVID-19患者临床疗效，抑制血清IL-4、TNF-α水平，提高CD3+细胞、CD4+细胞、CD8+细胞及CD4+/CD8+细胞比值，进而起到增强机体免疫功能的作用。XU等［24］通过检测1例COVID-19死亡患者外周血发现，CD4+/CD8+T淋巴细胞数量明显减少，且CD4+/CD8+T淋巴细胞处于过度激活状态，主要表现为人白细胞DR抗原（human leukocyte antigen DR，HLA-DR）双阳性比例增高，CD4+T淋巴细胞中高度促炎的CCR6+、Th17浓度升高，CD8+T淋巴细胞中含有高浓度细胞毒颗粒，提示T淋巴细胞过度活化，机体免疫反应被过度激活。甘草酸具有非特异性免疫调节作用，可选择性地增强辅助性T淋巴细胞的增殖能力和活性，使CD4+细胞增加，CD8+细胞减少及胸腺外T淋巴细胞分化。甘草酸铵盐可通过调节Th1/Th2/Treg/Th17免疫细胞的细胞因子和转录因子表达而调节免疫细胞平衡［25］。周外民等［22］研究结果显示，甘草酸二铵治疗组CD3+细胞、CD4+细胞、CD8+细胞多于对照组，CD4+/CD8+高于对照组（P＜0.05），提示甘草酸二铵能提高机体免疫功能。

2.4 抑制ACE2活性 ACE2是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，具有N-末端胞外结构域、C-末端胞质结构域、信号肽和跨膜结构域，其活性位点域暴露于细胞外表面。ZHOU等［26］通过测序技术发现，SARS-CoV-2与SARS-CoV的基因组序列具有79.6%的同一性，与蝙蝠冠状病毒具有96%的同一性；同时笔者还使用表达或不表达ACE2蛋白的人类、马蹄蝠、麝香猫、猪和小鼠的HeLa细胞进行了病毒感染性研究，结果显示，SARS-CoV-2能够使用人类、马蹄蝠、麝香猫、猪ACE2蛋白作为进入受体而进入表达ACE2的细胞，但不能进入不表达ACE2的细胞，表明ACE2可能是SARS-CoV-2进入细胞的细胞受体。XU等［27］通过对S蛋白结构建模研究证实，SARS-CoV-2基因组与SARS-CoV基因组的序列高度同源，并提出了人类ACE2分子与SARS-CoV-2的强相互作用。SARS-CoV-2囊膜上S蛋白是入侵靶细胞的关键蛋白，人体感染SARS-CoV-2后通过S蛋白主要与肺部纤毛支气管上皮细胞和Ⅱ型肺泡细胞上的受体ACE2结合，通过内吞作用进入细胞内并开始大量复制。LIU等［28］研究发现，与正常人相比，感染SARS-CoV-2的患者血清中血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）水平明显升高，表明COVID-19可能导致肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RASS）失衡。CHEN等［29］通过分子对接方法研究发现，甘草酸可通过抑制SARS-CoV-2的刺突蛋白（S-蛋白）与ACE2相互作用而抑制病毒进入细胞。研究发现，ACE2还存在于血管内皮细胞、心脏、肾脏、肝脏、消化道等多个组织器官，故血管内皮细胞、心脏、肾脏、肝脏、消化道等组织器官均可能被SARS-CoV-2感染，最终导致多器官衰竭，危及机体生命安全，而甘草酸对于COVID-19累及器官组织可能具有潜在的治疗作用［30-31］。

2.5 保肝作用在COVID-19病程进展过程中，机体可出现不同程度肝损伤。姚娜等［32］研究结果显示，COVID-19相关肝损伤发生率为55%，其中危重型COVID-19是肝损伤的独立危险因素。CHEN等［33］通过对99例COVID-19患者进行流行病学及临床特征分析发现，43例患者伴有不同程度肝损伤，丙氨酸氨基转移酶（ALT）或天冬氨酸氨基转移酶（AST）高于参考范围，其中1例患者发生严重肝损伤（ALT为7 590 U/L，AST为1 445 U/L）。多项研究表明，ALT、AST升高主要见于重型COVID-19患者［19，34-36］。COVID-19患者肝活检标本显示，中度微泡脂肪变性及轻度小叶和门脉活动［24］。分析COVID-19患者肝损伤原因可能如下：（1）病毒直接感染肝细胞；（2）与细胞因子风暴有关；（3）COVID-19可导致肝脏缺血和低氧；（4）原有基础肝病的激发或加重；（5）药物导致肝损伤。既往研究表明，甘草酸可有效减轻四氯化碳（CCL4）诱导的肝损伤，分析这种保肝作用可能是通过诱导血红素加氧酶1和下调促炎递质实现的［37-38］。GUO等［39］研究表明，甘草酸可通过p53依赖的线粒体途径而抑制CCL4诱导的肝细胞凋亡，通过调节Bcl-2蛋白家族、Smac表达和Caspase裂解而发挥保肝作用。YU等［40］研究表明，甘草酸可逆转脂肪酸代谢，进而可对对乙酰氨基酚所致肝损伤具有明显保护作用。KORENAGA等［41］研究表明，甘草酸可明显减轻肝细胞的脂肪变性和坏死，保护线粒体免受丙型肝炎病毒蛋白和铁超载诱导的氧化应激，减轻间质炎症和肝纤维化，促进细胞再生。

2.6 激素样作用在COVID-19病理机制中，SARS-CoV-2可直接导致肺组织损伤，同时其引发的细胞因子风暴会对机体造成严重损伤，进而加速肺损伤，甚至引发全身多器官功能障碍。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第八版）》［42］中指出，可将糖皮质激素应用于重型、危重型COVID-19患者治疗中，以控制细胞因子风暴。研究表明，糖皮质激素可能会导致继发感染、病程延长等不良预后，且使用大剂量糖皮质激素有导致骨折倾向、股骨头坏死、肌无力、高血糖、消化道出血等并发症风险［43-45］。早在20世纪末，MACKENZIE等［46］研究就发现，甘草酸具有激素样作用，但无激素相关性副作用。甘草酸及其代谢产物甘草次酸与皮质激素的化学结构相似，均能与机体内的皮质激素竞争肝脏还原酶（包括Δ4-5β-甾体还原酶、3-酮基甾体还原酶和20-酮基甾体还原酶），可增加内源性及外源性皮质激素的有效血浓度，延长其作用时间。同时，甘草酸和甘草次酸也是11β-羟化甾体脱氢酶（11β-OHSD）等甾体激素代谢失活酶的抑制剂，可提高体内天然激素的活性，并延缓其灭活；此外，二者还可以作为配体与皮质激素受体结合，进而呈现激素样作用［47］。《肝脏炎症及其防治专家共识》指出，甘草酸类制剂具有类似肾上腺皮质激素的非特异性抗炎作用，但无抑制免疫功能的不良反应［48］。目前甘草酸二铵在临床上用于对抗乙肝病毒所致的炎症瀑布，可发挥护肝作用。研究发现，激素联合复方甘草酸苷治疗SARS患者时，可有效减少激素最大剂量、缩短激素减量时间及患者住院时间［49］。