摘要
所有感染性疾病中,病毒對於人類的健康及生命是最具威脅性的病原體。其具有高傳染性、高發病率以及高死亡率,且會隨著環境不同而有所演變,甚至出現跨物種的感染。由於病毒的高突變性容易產生抗藥性,使得目前的抗病毒藥已無法有效的抑制或滅殺病毒。有鑑於此,發展新的抗病毒藥物是勢在必行,已運用千年以上的中草藥具有較低副作用、刺激性小等優勢,是發展抗病毒藥首選。許多研究指出中草藥具有抑制病毒進入宿主細胞、病毒複製及直接降低病毒活性等作用,部分中草藥更能增強人體免疫功能,如增加干擾素 (interferon) 活性或濃度用以拮抗病毒感染。此篇文章對中草藥抗病毒的研究與應用進行探討,以求彌補目前抗病毒藥的缺點與不足。
關鍵字:中草藥、病毒、抗病毒機轉
壹、前言
現今抗病毒藥物所產生的副作用降低了病人的順從性,如用於治療帶狀疱疹之acyclovir 會導致皮疹、胃腸不適等症狀,AIDS 用藥 zidovudine 會產生貧血、失眠等副作用。除此之外,突變快速的病毒對於臨床上使用的抗病毒藥物已經產生抗藥性。
在中國、日本、印度等亞洲國家,中草藥應用於疾病的治療上已有很長的歷史,直至現今中草藥治療疾病亦相當廣泛使用,其中許多植物已經證明對人體是有實質的益處1。中草藥根據千年來的應用發展經驗可得知,其以改善、調理體質來獲得治療效果。因此中草藥是一個適合補足目前醫學上所遭遇難解疾病的方法,如腫瘤、病毒感染、細菌感染、免疫相關疾病。從數百種中草藥對抗病毒之研究得知多種活性成分從中草藥中提煉萃取,包括類黃酮類 (flavonoids)、萜類 (terpenoids)、揮發油 (essential oils)、蒽醌類 (anthraquinones)、多酚類 (polyphenolics)、多醣體 (polysaccharides) 、生物鹼 (alkaloids) 等皆具有抗病毒的活性。藉由不同的交叉實驗及比對發現,這些中草藥之萃取物針對 DNA 病毒、RNA 病毒以及反轉錄病毒具有互補或相同的抗病毒機轉1-2。
貳、病毒相關介紹
一、現今病毒介紹
病毒是由一個核酸分子 (DNA 或 RNA) 與蛋白質構成的寄生體,能通過細胞膜進入細胞內。不同於細菌,病毒的生命,以生物分子的層面觀而言,需要仰賴宿主細胞,即複製核酸分子、合成蛋白質、分子的加工處理和運輸,以及其他所有繁殖和傳播的生化作用,都需要宿主細胞提供原料和能量2。
病毒是以有計畫性的感染細胞:不同病毒表面有獨特的蛋白或醣蛋白,這些蛋白或醣蛋白扮演鑰匙的功能,能與宿主細胞細胞膜上的特定受體結合進而入侵細胞,接著釋放核酸分子;病毒基因便開始複製、轉錄以及蛋白質合成等步驟,合成完畢後即組裝核酸分子和蛋白質衣殼;組裝後的病毒顆粒再進行修飾蛋白質,部分病毒修飾是在宿主細胞外進行,最後破壞宿主細胞細胞膜釋放病毒,感染周遭其他細胞2-3。
許多病毒複製時有其獨特之處,利用其特點已研發合成出許多藥物來對抗病毒的感染,例如核苷酸相似物來干擾病毒複製,然而上述病毒複製步驟中涉及宿主細胞正常的代謝途徑,因此亦會影響至宿主細胞的健康狀態,因此現今抗病毒藥物會伴隨明顯的不良反應;除此之外,病毒擁有四項特質使其具有高度的進化能力:遺傳物質的高變異性、多種傳染方式、高效能複製能力以及能長久存活宿主細胞內,使得病毒對化學合成的抗病毒藥物容易產生抗藥性2。正因如此,尋求新的抗病毒藥物是必須的。
二、古代中醫文獻記載與觀點
中國古時尚無病毒、細菌等微生物的觀念,但已知外界許多的因子 (風、寒、暑、濕、燥、火等六淫之邪) 會造成身體不適,其中包括病毒、細菌、黴菌、過敏以及環境氣候的影響。《傷寒雜病論》的序文:「余宗族素多,向餘二百,建安記年以來,猶未十稔,其死亡者三分有二,傷寒十居其七」,說明張仲景家族皆死於傷寒,因此張仲景勤求古訓、博采眾方撰寫《傷寒雜病論》,傷寒論即記載了寒邪侵入人體後的轉變過程與治療方法,寒邪即包含了病毒的侵犯。陶弘景所編著《肘後百一方.三因論》疾病的產生有三個原因:一為外因、二為內因、三為不外內因,其中外因又分有:六淫、時氣、疫氣,病毒的感染便屬於疫氣的範疇。
隨著時間的演進,中醫發展出許多學派,其中溫經學將溫病分成風溫、溫熱、瘟疫、溫毒、暑溫、濕溫、秋燥、冬溫、溫瘧、寒濕等十種,表示了不同的病毒會於不同的季節中,藉由不同的途徑、不同的原因侵入人體。如腸病毒常發生於夏季多濕、多熱季節,屬於中醫的濕熱疫邪,萬全《片玉心書》書中提及:「小兒氣血嫩弱,膚腠未密」,說明幼兒衛外不固,易受時邪疫氣所襲,因此腸病毒多發於免疫系統尚未發展健全的幼兒身上。盛行於冬季的流行性感冒是人類與其他物種共通急性傳染病,吳有性著《溫疫論》:「邪自口鼻而入,則其所克,內不在臟腑,外不在經絡。舍於伏脊之內,去表不遠,附近於胃,乃表裡之分界,是謂半表半裡,及所謂的橫連膜原是也」,說明流行性感冒病毒會藉以飛沫方式由口腔及鼻子進入人體,然後病毒停留住在人體的膜原。由此可知對於中國古時對於病毒的紀載便有相關的描述,因此從中藥來開發新的抗病毒藥物是有一定的依據4。
參、抗病毒機轉3,5
已有許多研究證明中草藥具有抗病毒活性,從各種報告與實驗得知中草藥抗病毒機轉包含:阻止病毒進入宿主細胞、抑制病毒複製以及調節宿主細胞免疫反應。
一、阻止病毒進入宿主細胞
侵入宿主細胞是病毒生命週期的第一步,病毒會與宿主細胞細胞膜上特定分子進行結合接著進入細胞,若能阻止這重要的一步便能有效抑制病毒的入侵。已有報告指出中草藥能抑制病毒的進入,如懷牛膝與單純疱疹病毒 (herpes simplex virus,HSV) 表面的醣蛋白結合進而干擾病毒與宿主細胞的黏附作用、夏枯草抑制人類免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus,HIV) gp 41六螺旋束的形成而使 HIV 無法與宿主細胞細胞膜進行融合作用。相關抑制病毒進入宿主細胞之中草藥 (表一)。
表一 中藥阻止病毒侵入宿主細胞3
病毒 |
中草藥 |
使用部位 |
試驗型式 |
機轉 |
HSV |
懷牛膝 Radix achyranthis bidentatae |
根 |
細胞實驗 |
結合病毒糖蛋白而干擾病毒附著宿主細胞 |
靈芝 Ganoderma lucidum |
子實體 |
細胞實驗 |
抑制病毒附著和滲透 |
|
HIV |
狗脊 Rhizoma cibotii 夏枯草 Spica prunellae |
全草 |
細胞實驗 |
抑制 gp 41六螺旋束的形成 |
Flu |
牛蒡子 Fructus arctii |
果實 |
動物實驗 |
抑制凝集反應 |
SARS-CoV |
大黃 Radix et Rhizoma Rhei 何首烏 Radix Polygoni Multiflori |
濃縮中藥 |
細胞實驗 |
阻止 SARS-CoV 之S蛋白和宿主細胞表面之 ACE2蛋白結合 |
甘草 Radix glycyrrhizae |
全草 |
細胞實驗 |
抑制病毒附著和滲透 |
|
NV |
五味子 Fructus schisandrae |
果實 |
細胞實驗 |
抑制病毒結合至小腸上皮細胞膜的 histo-blood group 抗原 |
Flu:influenza,流行性感冒;NV:norovirus,諾羅病毒;ACE2:converting enzyme 2,二型轉化酶
二、抑制病毒複製
病毒生命週期的核心在於病毒的複製過程,其涉及宿主細胞本身的生化代謝過程,從許多研究得知中草藥可影響病毒之蛋白質功能,包含病毒蛋白酶、聚合酶、整合酶、反轉錄酵素等病毒複製時所需要的蛋白酵素,如菊科植物杭菊能抑制 HIV 整合酶的作用、黃芩可抑制B型肝炎病毒 (hepatitis B virus,HBV) 聚合酶的功用,相關研究 (表二)。
表二 中草藥抑制病毒複製3
病毒 |
中草藥 |
使用部位 |
試驗型式 |
機轉 |
HSV |
黃連 Rhizoma coptidis |
全草 |
細胞實驗 |
抑制病毒 DNA 合成 |
HIV |
杭菊 Chrysanthemum morifolium |
花 |
細胞實驗 |
抑制 HIV 整合酶 |
南五味子 Kadsura matsudai |
果實 |
細胞實驗 |
抑制病毒複製 |
|
栝樓 Trichosanthes kirilowii |
單一成分 (Trichosanthin) |
細胞實驗 |
抑制病毒複製 |
|
HBV |
黃芩 Radix scutellariae |
單一成分 (Wogonin) |
動物及細胞實驗 |
抑制病毒聚合酶 |
丹參 Salvia miltiorrhiza |
單一成分 (protocatechuic aldehyde) |
動物及細胞實驗 |
抑制病毒複製 |
|
苦參 Radix sophorae Flavescentis |
單一成分 (Oxymatrine) |
細胞實驗 |
降低 HBV 複製時所需之蛋白 heat stress cognate 70 (HSC70) 表現 |
|
HCV |
紅景天 Rhodiola kirilowii |
全草 |
細胞實驗 |
抑制病毒蛋白酶 |
Flu |
牛蒡子 Fructus arctii |
單一成分 (Arctigenin) |
細胞實驗 |
抑制病毒複製 |
SARS-CoV |
甘草 Radix glycyrrhizae |
單一成分 (Glycyrrhizin) |
細胞實驗 |
抑制病毒複製 |
HCV:hepatitis C virus,C型肝炎病毒
三、調節宿主細胞免疫反應
除以上所述,影響病毒生命週期外,亦可藉由間接的方式來達到抗病毒的作用。病毒要成功的入侵,勢必要躲避宿主細胞的免疫反應,這間接的抑制方式即是調節宿主細胞的免疫反應,如誘發干擾素 (interferon,IFN) 的分泌來抑制病毒的複製作用。許多報告顯示中草藥能有效的促進免疫系統的發展及增強抵抗力,使宿主細胞能抵抗病毒的感染,如具清熱解毒作用的金銀花可促進白血球的吞噬能力、提高淋巴細胞的轉化率、從動物實驗發現黃耆可誘發宿主細胞產生干擾素而抑制上抑制病毒的複製,相關研究 (表三)。
表三 中草藥調節免疫反應3
病毒 |
中草藥 |
使用部位 |
試驗型式 |
HSV |
黃精 Rhizoma polygonati |
全草 |
細胞實驗 |
魚腥草 Herba houttuyniae |
葉及莖部 |
細胞實驗 |
|
HBV |
苦參 Radix sophorae Flavescentis |
根部 |
細胞實驗 |
丁香 Flos caryophylli |
葉部 |
細胞實驗 |
|
南五味子 Kadsura matsudai |
果實 |
細胞實驗 |
|
FMDV |
黃耆 Raidx astragali |
多醣體 (Astragalus polysaccharides) |
動物實驗 |
FMDV:foot-and-mouth disease virus,口蹄疫病毒
肆、活性成分
研究指出中草藥具有多種化學成分,其具有抑制各種類型 DNA 或 RNA 病毒生命週期的能力。這些有效成分包含黃酮類、萜類、揮發油、蒽醌類、多酚類、多醣體、生物鹼等,其各有不同抑制病毒生命週期的相關機轉。
一、黃酮類
黃酮類是植物中一種低分子量的多酚化合物,不同植物中的黃酮類會表現出不同的生物活性,從蔬果、茶、穀物、樹皮、根、莖、花等皆能發現黃酮類化合物的存在。許多研究證明植物黃酮類化合物有抗腫瘤活性、抗氧化自由基活性、抗炎、鎮痛活性等功用,因此學者從黃酮類化合物來尋求抗病毒活性的可能性2。豆科植物甘草中萃取之甘草素 (liquiritigenin) 和異甘草素 (isoliquiritigenin) 即為黃酮類化合物,具有強效抑制 HIV 的作用6。黃芩萃取物:黃芩素 (baicalein) 亦為黃酮類化合物,研究指出其具有抗發炎和抗 HIV 的活性,黃芩素干擾 HIV 與 CD4細胞結合能力,進而使 HIV 無法進入 CD4細胞2。
二、萜類
目前已知植物及動物中的萜類化合物數量超過22000種,萜類化合物具有重要的生理活性,如祛痰、止咳、驅風、發汗、驅蟲、鎮痛,是研究天然產物和開發新藥的重要來源。研究指出萜類化合物具有抗病毒作用,如從甘草中萃取出的三萜化合物:glycyrrhizin 具有兩種抗 HIV 的機轉,一是抑制 HIV 複製的過程,二是干擾病毒與宿主細胞的結合2。
揮發油為單萜和半萜類化合物,是存在於植物中具有芳香氣味,可經由水蒸氣蒸餾出來而不與水相溶的揮發性成分之總稱2。含揮發油的中草藥非常多,如薄荷、茴香、川芎、木香、肉桂等,含揮發油的中草藥或提取出的揮發油大多具有發汗、理氣、止痛、抑菌、矯味等作用。許多報告指出揮發油能有效抑制病毒的生長,如莪术油為莪术和鬱金之揮發油成分,對呼吸道融合病毒 (respiratory syncytial virus,RSV) 有直接的抑制作用,對於流行性感冒病毒亦有直接滅殺的作用6。
三、蒽醌類
蒽醌類化合物常存在於植物的代謝產物中,具有消炎、消腫、止痛、止癢及抑制細菌生長的效用。研究指出大黄蒽醌類化合物:大黄酸 (Rhein)、大黄素 (Emodin) 對多種病毒有抑制作用,如 HIV、柯薩奇病毒 B3型 (coxsackievirus B3,CVB3),其能直接滅殺病毒、抑制病毒複製以及增加干擾素的生成,同時對於具耐藥性病毒,加用大黃後 ED50 (50% effective dose,半數有效劑量) 有明顯增加的趨勢2,6。
四、多醣體
多醣體是廣泛存在於自然界中的一種大分子物質,亦是生命必需的成分之一。研究證明多醣體及其衍生物發現可抑制病毒進入宿主細胞。其機轉主要是多醣體影響病毒表面蛋白,使病毒無法順利與宿主細胞黏附而無法進入宿主細胞。另外,多醣體亦會和宿主之免疫細胞受體結合 (如類鐸受體,toll-like receptor,TLR) 進而調節免疫反應,增強免疫力3。銅藻 (Sargassum horneri) 主要成分:岩藻糖可抑制病毒的黏附及進入宿主細胞,研究指出其能藉由影響病毒糖蛋白的帶電性或是改變宿主受體的型態,而影響病毒與宿主細胞間的交互作用6。蘆薈成分 Aloe polymannose 可增加保護性的抗體,這些抗體可有效對抗小 RNA 病毒科 (Picornaviridae) 病毒的感染2。
五、生物鹼
生物鹼是存在於植物中的含氮的鹼性有機化合物,有似鹼的性質,大多數為複雜的環狀結構,氮素多包含在環內;有顯著的生物活性,是中草藥中重要的有效成分之一。苦參生物鹼萃取物:苦參鹼 (matrine) 有抗 HBV 作用,可降低 HBV 轉基因小鼠肝臟內B型肝炎表面抗原 (HBsAg) 和B型肝炎核心抗原 (HBcAg) 的含量,另外 lamivudine 與 matrine 併用可明顯增加抑制 HBV 複製的作用,得知 matrine 本身具有抗病毒作用外,亦能協同其他抗病毒藥的作用達到更有效的治療效果6。
伍、結論
目前人類對於病毒感染的相關疾病上遇到許多挑戰,如病毒對現有藥物產生抗藥性,因此必須尋求替代的治療方式,從副作用小、使用歷史悠久的天然中草藥中尋求解藥是最佳選擇1-2。許多中藥的研究證明中藥具有抗病毒作用的活性成分,藉由不同機轉抑制病毒的生命週期或調節宿主細胞的免疫能力3。隨著研究技術的發展,利用不同的萃取分離、方式,發現中藥富含許多抗病毒活性的有效成分,包含黃酮類、萜類、揮發油、蒽醌類、多酚類、多醣體、生物鹼等2,6。另外中藥與現有抗病毒藥的併用試驗中發現,中藥能降低抗病毒藥物的使用劑量,進而減少副作用的產生,同時增加抗病毒的效果,具有協同的作用;然而部分研究卻指出相反的結果,中西藥合併後出現嚴重的不良反應,推測為合併使用後改變藥物代謝率,使得藥物在身內的血中濃度過高,因此中西藥合併治療病毒感染,需要更多實驗數據來證實其可行性2。目前中藥的研究與使用局限於少數國家,相關實驗與臨床試驗的數據不足,雖有部分有效成分已經進入或正在進行各個階段的臨床試驗,仍須多方資源的投入尋求更有效的抗病毒藥物。
參考資料:
1.Hafidh RR, Abdulamir AS, Jahanshiri F, et al: Asia is the Mine of Natural Antiviral Products for Public Health. The Open Complementary Medicine Journal 2009, 1: 58-68.
2. Jassim SAA and Naji MA: Novel antiviral agents: a medicinal plant perspective. Journal of Applied Microbiology 2003, 95: 412-427.
3. Li T and Peng T: Traditional Chinese herbal medicine as a source of molecules with antiviral activity. Antiviral Research 2013, 97: 1-9.
4. 李志偉:中草藥在抗菌、抗病毒上的應用。航空航天醫學雜2012,23:639-640。
5. 陳佳韻、陳豔:淺談對抗病毒類中藥的研究。求醫問藥2013,11:171-172。
6. 孫居鋒:植物中抗病毒活性成分研究進展。上海中醫藥大學學報2007,21:75-79。