德国aNO
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2021 年 4 月 19 日收到，2021 年 9 月 8 日修订，2021 年 9 月 16 日接受，2021 年 9 月 20 日在线提供，记录版本 2022 年 3 月 9 日。
由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2) 感染引起的 2019年冠状病毒病 (COVID-19) 大流行已在全球范围内造成毁灭性的健康危机。在这篇综述中，我们讨论 了以食品或保健品的形式预防性植物化学槲皮素补充剂可能有助于控制 COVID-19 大流行。以下证据支持我们的论点。首先，核因子红细胞衍生 2-like 2 (NRF2) 激动剂可消除 SARS-CoV-2 在肺细胞中的复制，而槲皮素是一种有效的 NRF2 激动剂。二、槲皮素发挥抗病毒作用针对包括 SARS-CoV-2 在内的几种人畜共患冠状病毒，主要是通过抑制病毒粒子进入宿主细胞。第三，由核因子 kappa B、炎性小体和白细胞介素 6 信号激活的炎症通路会引发细胞因子释放综合征，从而促进 COVID-19 患者出现急性呼吸窘迫综合征，而槲皮素会抑制这些促炎信号。第四，COVID-19患者发生血栓形成，槲皮素通过抑制血浆蛋白二硫键异构酶减轻凝血异常。这篇综述为测试槲皮素治疗 COVID-19 提供了强有力的理由。
新冠肺炎
槲皮素
免疫调节
细胞因子反应综合征
NRF2
抗病毒物质
由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2) 感染引起的 2019 年冠状病毒病 (COVID-19)已造成前所未有的全球健康危机和经济损失。截至 2021 年 8 月 7 日，全球有超过 2.01 亿人感染 SARS-CoV-2，420 万人死亡 [ 1 ]。非重症 COVID-19 患者的常见症状包括发烧、疲劳、干咳、咳痰、头痛以及与轻度单侧或双侧肺炎相关的呼吸困难。同时，重症 COVID-19 患者与肺炎、急性呼吸窘迫综合征 (ARDS)、代谢性酸中毒、血栓栓塞、多器官衰竭和急性心脏损伤有关 [2 , 3 ]，这是导致死亡的常见因素。尽管 SARS-CoV-2 影响了从新生儿到儿童再到成人的每个年龄组，但在 60 岁以上的老年人口和患有高血压、糖尿病、心血管疾病和肾病等合并症的人群中，普遍观察到严重的发病率和死亡率疾病。
目前，住院的 COVID-19 患者的治疗方式包括辅助治疗，例如补充氧气治疗和机械通气，并且没有食品和药物管理局 (FDA) 批准的用于 COVID-19 治疗的药物。尽管如此，很少有 FDA 批准的药物被重新用于 COVID-19 管理，结果喜忧参半。在大流行的早期阶段，抗疟药 羟氯喹和抗人类免疫缺陷病毒（HIV）药物洛匹那韦/利托那韦被重新用于治疗 COVID-19；然而，世界卫生组织终止了这些试验，因为重新调整用途的药物和标准护理之间没有显着的临床益处。瑞德西韦，一种最初用于对抗埃博拉病毒的病毒 RNA 依赖性 RNA 聚合酶的小分子抑制剂，已在床边用于管理 COVID-19 患者，结果令人鼓舞。瑞德西韦并未降低 COVID-19 住院患者的死亡率；然而，与接受标准护理治疗的患者相比，它缩短了重病患者的康复时间 [ 4 ]。最近的成功案例来自地塞米松的临床试验，地塞米松是一种糖皮质激素药物，可抑制宿主的炎症反应。与安慰剂相比，地塞米松治疗显着降低了 COVID-19 机械通气患者的 28 天死亡率 [ 5]. 基于对 COVID-19 发病机制的机械理解和使用人工智能的大数据分析获得的知识，几种已批准的药物正在重新定位用于 COVID-19 治疗 [ 6 ]。此外，正在大力开发有效的疫苗。幸运的是，许多疫苗已有效引发针对 SARS-CoV-2 的免疫反应。大规模接种疫苗是预防传播的最有效方法；但是，现在就假设第一代疫苗将有效减少 COVID-19 的感染和传播还为时过早。首先，目前可用的 COVID-19 疫苗的效力在 50% 到 90% 之间 [ 7]. 其次，SARS-CoV-2一直在变异。第一代疫苗，尤其是针对病毒刺突蛋白设计的疫苗是否，是否对 SARS-CoV-2 的新变种有效，例如 B.1.1.7（英国）、B.1.351（南非）和 B.1.617（印度），目前尚不清楚。第三，疫苗供应不足，资源不足，无法为低收入/中等收入国家的大量人口接种疫苗。因此，可能至少需要两到三年的时间，全球大部分人口才能接种疫苗，才能完全免受 SARS-CoV-2 感染。第四，第一代疫苗的不良事件，尤其是80岁以上人群的不良反应，削弱了公众接种疫苗的积极性。因此，必须继续寻找化学保护剂来保护普通人群和高危人群免受 SARS-CoV-2 感染。
尽管尚未进行系统的随机对照试验来阐明草药对 COVID-19 患者的益处，但主要来自中国的几项研究报告了 COVID-19 患者按照护理标准服用草药[ 8、9 ] ]. 此外，研究人员对天然产物库进行了计算机分析，以确定针对 SARS-CoV-2 的潜在抗病毒植物化学物质 [ 10 ]。槲皮素是一种存在于许多水果和蔬菜中的类黄酮，已被确定为具有广谱抗病毒活性的有前途的候选药物. 计算机数据表明，槲皮素与 SARS-CoV-2 刺突蛋白和主要蛋白酶相互作用，可能有助于灭活或杀死 SARS-CoV-2 [11、12]。在这篇综述中，我们整合了关于槲皮素的最新和既定证据，并假设它在 COVID-19 的管理中具有预防和治疗益处。我们已经建立了一个强有力的案例，证明槲皮素或其衍生物作为化学保护性保健品的合理用途，可以保护公众免受 SARS-CoV-2 感染和管理 COVID-19 患者。
槲皮素是一种五羟基黄酮，在3-、3'-、4'-、4-和7-位具有羟基（图1 ），属于类黄酮的黄酮醇亚类。槲皮素是一种糖苷配基；然而，它通常在植物的 3 位与单糖（即葡萄糖、木糖、鼠李糖、阿拉伯糖或半乳糖）或二糖（如芸香糖）结合（图 1 ）。在洋葱中，槲皮素连接到葡萄糖部分并形成槲皮素-3- O-葡萄糖苷（异槲皮素）[ 13]，而在苹果和茶中，槲皮素与芸香糖结合形成槲皮素-3- O-芸香糖苷（芦丁）[ 14 ]。糖苷配基或槲皮素的O-糖苷形式均可用于评估其生物活性。
图 1。槲皮素及其天然衍生物的结构。
通过整合来自使用中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)、SARS-CoV 的实验模型系统的既定证据，以及与 COVID-19 免疫发病机制相关的新知识，我们强调了槲皮素可能抑制的三种主要抗病毒机制SARS-CoV-2 感染。
NRF2 转录上调细胞保护基因网络，包括抗氧化基因，例如编码谷胱甘肽生物合成、血红素加氧酶-1 和其他几种抗氧化蛋白的基因。在正常细胞中，NRF2 通过衔接蛋白Kelch 样 ECH 相关蛋白 1 (KEAP1) 保持在细胞质中，后者又与含有 E3 (Cul3-E3)-泛素连接酶的 Cullin3 相关。KEAP1-Cul3-E3-泛素连接酶复合物泛素化并靶向 NRF2 以进行蛋白酶体降解。在氧化应激过程中，活性氧或亲电子试剂修饰 KEAP1 的 BTB 和 kelch 结构域中的关键半胱氨酸残基，导致 NRF2 从 KEAP1/Cul3-E3-泛素连接酶复合物中脱位并易位到细胞核中。在细胞核内，NRF2 与称为“抗氧化反应元件”的保守基序结合并反式激活靶基因表达。大多数小分子诱导剂通过破坏 NRF2-KEAP1 相互作用来稳定 NRF2 [ 15 ]。奥拉尼耶等人。[ 16 ] 报道称，NRF2 激动剂衣康酸 4-辛酯可抑制 SARS-CoV-2 在多种人肺上皮细胞中的复制，例如 Calu3（癌细胞系）、Nuli（永生化人气道上皮细胞）和原代人气道上皮细胞。为了进一步证实这一观察结果，他们使用了富马酸二甲酯，另一种 NRF2 激动剂和 FDA 批准的用于治疗多发性硬化症的药物，并证明富马酸二甲酯也能终止 SARS-CoV-
2 的复制。这种由 NRF2 激活引起的针对 SARS-CoV-2 的抗病毒反应不仅限于化学诱导剂；通过使用 KEAP1 siRNA消融 KEAP1 激活 NRF2也能有效限制病毒复制。同样的研究人员 [16] 分析了 COVID-19 患者肺活检样本的公开转录组学特征，发现 NRF2 通路受到抑制。该研究得出结论，NRF2 的激活会引发针对 SARS-CoV-2 的抗病毒反应，并且与药物诱导剂的化学性质无关。几项研究报告槲皮素是一种有效的 NRF2 激动剂[ 16、17 ]。槲皮素处理通过修饰 KEAP1 稳定 NRF2，从而抑制 NRF2 泛素化和蛋白酶体降解 [ 18 ]。小鼠模型中槲皮素的膳食喂养激活了肺部的 NRF2 通路，如 NRF2 调节基因的表达所示 [ 19 ]]，并防止博来霉素引起的肺纤维化。槲皮素补充剂还以 NRF2 依赖性方式防止其他器官损伤，例如肾损伤[ 20 ]。考虑到这一新证据，我们认为补充槲皮素可能会通过激活 NRF2 来减弱 SARS-CoV-2 的复制（图 2）。
图 2。示意图描绘了槲皮素如何消除 SARS-CoV-2 感染和减轻 COVID-19 发病机制的合理潜在机制。SARS-CoV-2：严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2；ACE-2：血管紧张素转换酶-2；3CL pro : 3C样蛋白酶；NF-κB：核因子 kappa B ；IL：白细胞介素；NLRP: nucleotide-binding oligomeriation domain leucine rich repeat and pyrin domain-containing 蛋白质；NRF2：核因子红细胞衍生的 2-like 2。
3CL pro（也称为主要蛋白酶）和木瓜蛋白酶样蛋白酶（PL pro ）在人类冠状病毒中高度保守，是有吸引力的药物靶点。冠状病毒感染后，3CL pro和 PL pro被翻译和激活，然后将多蛋白pp1a 和 pp1ab 切割成各种非结构蛋白，包括病毒复制所必需的 RNA 依赖性 RNA 聚合酶。计算和实验研究表明，quercetin-3-β-D-glucoside 可抑制 MERS-CoV 3CL前活性 [ 21 ]。阮等。[ 22] 表明槲皮素抑制重组 SARS-CoV 3CL pro的活性高达 80%。最近，Abian 等人。[ 23 ] 报道槲皮素通过破坏其结构来抑制 SARS-CoV-2 3CL 前活性。构效关系研究表明，槲皮素对 3CL pro的抑制活性与碳 3'-被氢氧化物取代有关 [ 24 ]。总之，积累的证据表明槲皮素或其类似物抑制 3CL前活性，这对冠状病毒（包括 SARS-CoV-2 ）的复制至关重要。
易等。[ 25 ] 设计了表达荧光素酶的 HIV-荧光素酶/SARS-CoV 假型病毒，并将其用作检测病毒在 Vero 细胞中的进入和复制的工具。通过测量感染后 Vero 细胞中荧光素酶的表达，作者证明了 HIV-荧光素酶/SARS 假型病毒与槲皮素的孵育抑制了其进入 Vero 细胞，并得出结论，槲皮素可能会阻碍 SARS-CoV 进入宿主细胞，可能是通过改变表面蛋白质。SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 之间刺突蛋白的蛋白质序列具有高度相似性 (74%) [ 26]. 分子对接研究表明，槲皮素可能与血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 受体的 Asp38 残基相互作用，并阻止 SARS-CoV-2 附着于宿主细胞膜 [ 27 ]。因此，槲皮素可能通过改变病毒刺突蛋白或宿主 ACE2 来阻止其进入肺细胞，从而抑制 SARS-COV-2 感染。
为了进一步强化槲皮素作为一种有前途的抗病毒药物来管理 COVID-19 的概念，我们扩大了对槲皮素对常见呼吸道病毒的抗病毒作用的审查。证据表明，槲皮素主要通过修饰病毒颗粒表面蛋白来阻止病毒进入目标宿主细胞，从而发挥抗病毒活性。
槲皮素及其衍生物对 IAV 的抗病毒活性由直接和间接机制驱动。糖蛋白 血凝素(HA) 是 IAV 包膜蛋白，通过首先与目标宿主细胞结合然后帮助内体融合来帮助病毒进入。槲皮素与 HA 结合并通过破坏 HA 介导的膜融合事件来抑制 IAV 进入宿主细胞 [ 28 ]。据报道，槲皮素 3 葡糖苷可通过抑制聚合酶蛋白 2 来阻断 IAV 复制 [ 29 ]。崔等人。[ 30] 还报道了槲皮素 3 鼠李糖苷对 IAV 的抗病毒活性，随后证明槲皮素 3 鼠李糖苷的预防性口服给药可显着降低肺部病毒滴度，并显着降低 IAV 感染小鼠的患病率和死亡率 [ 31 ] .
大量证据证实了槲皮素及其衍生物对 RSV 的抗病毒作用。存在于 RSV 脂质包膜表面的两种糖蛋白，附着 (G) 和融合 (F)，介导病毒体粘附、融合和进入宿主细胞。洛佩斯等人。[ 32 ] 报道了槲皮素五乙酸酯对 RSV 的杀病毒活性，并证明该化合物与 RSV 表面糖蛋白 F 相互作用，从而防止病毒粘附到宿主细胞。最近，马查多等人。[ 33 ] 报道槲皮素与 RSV 糖蛋白 G 结合并阻止 RSV 进入宿主细胞。总之，这些证据表明槲皮素可阻断 RSV 的传染性。
RV 感染通常与普通感冒有关，更重要的是，与哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD) 患者的病毒性加重有关。槲皮素 7-葡萄糖苷通过影响HeLa 细胞中人鼻病毒 2 (RV-2) 感染的早期阶段来抑制病毒复制 [ 34]。Ganesan 等人。[35] 报道槲皮素治疗通过抑制内吞作用抑制培养的气道上皮细胞中的 RV 复制。同一项研究报告说，在 RV 感染后 2 小时，小鼠口服槲皮素补充剂可显着降低肺部病毒载量，这与较低的促炎细胞因子和干扰素水平相关。槲皮素治疗也减少在小鼠模型中由 RV-2 感染诱导的气道高反应性。在另一项研究中，Farazuddin 等人。[ 36] 表明，在暴露于香烟烟雾的 COPD 小鼠模型的饮食中补充 0.1% 槲皮素可减少肺部炎症的恶化和 RV 感染引起的促炎细胞因子的表达。
宿主对 SARS-CoV-2 的免疫反应是 COVID-19 临床症状、发病率和严重程度的关键决定因素。龙等。[ 37 ] 分析了有或无 COVID-19 症状患者的一组循环炎症标志物，并报告说无症状患者与细胞因子水平显着降低相关，即 TRAIL、M-CSF、IL-6、IL-2、IL -10、MCP-1、IL-8、IL-18、IFN-γ 和 G-CSF，与有症状的患者相比。同样，卢卡斯等人。[ 38 ] 观察到，患有 COVID-19 的中度患者比重症患者表现出更低的炎症反应，这表现为炎症介质（IL-6、IL-1α、IL1-β、TNF-α、IL-18）的循环水平较低, IFN-γ, 和 CC 基序趋化因子配体 1。早期感染期间这些炎症介质水平升高与 COVID-19 患者的生存率低呈正相关 [ 38 ]。相比之下，在感染后的前 10 天内，轻症和重症 COVID-19 患者的病毒 RNA 载量水平相当。然而，它在中度患者中稳步下降，但在重症患者中没有下降 [ 38 ]。从 COVID-19 患者的炎症细胞因子概况数据中得出的见解表明，细胞因子反应综合征 (CRS) 主要是由 NF-κB、炎性体和 IL-6 信号的激活驱动的 [ [39]、[40]、[ 41]、[42] ]。
大量证据表明，槲皮素可有效减少 NF-κB、炎性小体和 IL-6 信号传导。槲皮素预处理抑制 NF-κB 介导的细胞因子（包括 IL-6）在各种细胞类型中的表达 [ [43]、[44]、[45 ]。在急性肺损伤(ALI) 的小鼠模型中，槲皮素给药显着减轻了脂多糖 (LPS) 诱导的肺部炎症，表现为嗜中性粒细胞和淋巴细胞浸润水平降低，肺部细胞因子水平降低，并且存活率提高 [ 46 ]到安慰剂组。同样，在 IAV 感染的小鼠模型中使用槲皮素可显着抑制 ALI [ 47 ]]. 它还抑制 NLRP3 炎性体的激活和 IL-1α 和 IL-18 的分泌 [ 48 ]。槲皮素预处理抑制 LPS 诱导的中性粒细胞 [ 49 ] 和树突细胞 [ 50 ] 中的 IL-6 分泌，并改善 IL-6 激活的信号转导和转录激活因子 3 (STAT3) 信号[51]、[52]、[53] ]。如图2所示，累积数据表明槲皮素是一种很有前途的免疫调节剂，可以抑制 COVID-19 患者的炎症并预防 ARDS 的发展。
以前，我们使用脓毒症小鼠模型报告说，NRF2 通路的缺陷会促进 CRS 并使生存恶化，而 NRF2 通路的激活会抑制 CRS 并提高生存率 [ [54]、[55 ]。机制证据表明，NRF2 通过消除由 NF-κB 调节的促炎细胞因子的转录表达来下调炎症 [ [54]、[55]、[56 ]。因此，NRF2 诱导剂可能是缓解 SARS-CoV-2 发病机制的有效免疫调节剂（图 2 ）). 可以想象，预防性补充槲皮素可以防止 SARS-CoV-2 感染，并通过激活 NRF2 通路帮助管理 COVID-19 治疗。
据推测，在住院的 COVID-19 患者中，由 SARS-CoV-2 感染引起的 CRS 会引发全身炎症反应，从而导致血管损伤和凝血异常，重现脓毒症相关弥散性血管内凝血的特征[ 57 ]。许多研究报告了 COVID-19 住院患者的血栓事件 [ 58 ]。COVID-19血栓事件患者的死亡率更高[ 59 ]，D-二聚体循环水平与疾病严重程度呈正相关[ 60 ]]. 这一新出现的证据导致达成共识，即预防凝血异常发展的治疗可能会改善 COVID-19 患者的预后 [ 61 ]。槲皮素是一种有效的 PDI 抑制剂 [ 62 ]，PDI 是一种与血管损伤部位血小板介导的凝血酶形成有关的酶。在一项多中心 II 期试验中，与安慰剂相比，癌症患者每天服用1 克异槲皮素56 天，导致 D-二聚体、P-选择素和血小板依赖性纤维蛋白生成显着减少 [ 63 ]，表明异槲皮素补充剂可防止高凝状态在癌症患者中。患有糖尿病或心血管疾病等高危疾病的患者补充槲皮素可能有助于减少 SARS-CoV-2 感染后的凝血异常。
大多数对槲皮素进行的临床试验都被证明是安全的，FDA 将槲皮素归类为“普遍认为是安全的”。根据数据库 [ 64 ]，已在 COVID-19 患者中进行了 12 项关于槲皮素或其衍生物的临床试验。其中一项随机临床试验(RCT) 的中期结果显示，补充槲皮素可增强病毒清除率并部分减轻治疗后的临床症状 [ 65 ]。在 I 期临床试验中，30 名丙型肝炎病毒感染患者补充了不同剂量的槲皮素，范围从 250 毫克/天到 5 克/天，持续 28 天，果汁或水 [ 66 ]]. 即使在 5 克/天的最高剂量下，参与者也能很好地耐受槲皮素，第 4 周时的中位血浆浓度为 2.25 毫克/升。尽管血浆槲皮素水平与病毒载量之间没有相关性，但病毒载量为至少在少数患者中减少 [ 67 ]。在另一项初步研究中，槲皮素被发现可以减少骑车人的上呼吸道感染(URTI)。该研究发现，连续两周每天摄入 1 克槲皮素可减少骑自行车者自我报告的 URTI。后来，在一项涉及 1,002 名参与者的为期 12 周的随机对照试验中，槲皮素的摄入量对 URTI 的发病率没有显着影响，尽管该研究报告说，在 40 岁以上的骑自行车者中，与 URTI 相关的病假天数和严重程度有所减少 [ 67 ]]. 最近，在COPD患者中进行了一项随机安全性试验，得出的结论是，槲皮素剂量高达 2000 mg/天，持续 1 周，患者耐受性良好，无不良事件 [ 68 ]。异槲皮苷是槲皮素的一种水溶性形式，被发现可以改善患有心血管疾病的高危成人参与者的内皮功能 [ 69 ]。
我们强调了槲皮素如何帮助管理 COVID-19 的可能机制。这些机制包括：1）通过修饰病毒刺突蛋白或ACE2阻止病毒进入宿主细胞，通过抑制 3CL pro或激活 NRF2 通路抑制细胞内复制，从而防止 SARS-CoV-2 感染；2) 通过减少由 NF-κB、炎性小体或 IL-6 信号引起的 CRS 来防止 ARDS 的发展；3) 通过抑制PDI减轻血栓事件. 我们还讨论了经常食用富含槲皮素的食物（如洋葱）可以将血浆槲皮素水平提高到所需的最低有效浓度，从而获得槲皮素的临床益处。根据讨论的证据，需要进一步研究来评估食用富含槲皮素的食物或保健品是否能保护高危人群免受 SARS-CoV-2 感染并控制 COVID-19。
Souparnika H. Manjunath：写作——原稿准备、审阅和编辑；Rajesh K. Thimmulappa：概念化、写作 - 原始草稿准备、审查、编辑和监督。
作者声明不存在利益冲突。
Rajesh Kumar Thimmulappa 感谢生物技术部、Ramalingaswami Re-entry Fellowship（授权号：BT/RLF/Re-entry/37/2013）和科学技术部拨款（授权号：DST/国际/南非/P13/2016）。
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