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文献速递 研究名称：Sulforaphane exhibits antiviral activity against pandemic SARS-CoV-2 and seasonal HCoV-OC43 coronaviruses in vitro and in mice 期刊：Commun Biol 发表时间：2022年3月 Doi:10.1038/s42003-022-03189-z Abstract Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the cause of coronavirus disease 2019 (COVID-19), has incited a global health crisis. Currently, there are limited therapeutic options for the prevention and treatment of SARS-CoV-2 infections. We evaluated the antiviral activity of sulforaphane (SFN), the principal biologically active phytochemical derived from glucoraphanin, the naturally occurring precursor present in high concentrations in cruciferous vegetables. SFN inhibited in vitro replication of six strains of SARS-CoV-2, including Delta and Omicron, as well as that of the seasonal coronavirus HCoV-OC43. Further, SFN and remdesivir interacted synergistically to inhibit coronavirus infection in vitro. Prophylactic administration of SFN to K18-hACE2 mice prior to intranasal SARS-CoV-2 infection significantly decreased the viral load in the lungs and upper respiratory tract and reduced lung injury and pulmonary pathology compared to untreated infected mice. SFN treatment diminished immune cell activation in the lungs, including significantly lower recruitment of myeloid cells and a reduction in T cell activation and cytokine production. Our results suggest that SFN should be explored as a potential agent for the prevention or treatment of coronavirus infections. 要点 1. 萝卜硫素（SFN）可抑制SARS-CoV-2 的体外复制，包括Delta、Omicron，以及季节性冠状病毒 HCoV-OC43。SFN和瑞德西韦在体外协同作用以抑制冠状病毒感染。 2. 与未经治疗的感染小鼠相比，在鼻内感染SARS-CoV-2之前对K18-hACE2小鼠预防性使用SFN可显著降低肺部和上呼吸道的病毒载量，并减少肺损伤和肺部病理。 3. SFN治疗可减少肺中的免疫细胞活化，包括显著降低骨髓细胞的募集以及T细胞活化和细胞因子产生的减少。 4. 该研究结果表明，SFN可作为预防或治疗冠状病毒感染的潜在药物进行探索。 导致COVID-19的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）引发了一场全球健康危机。目前预防和治疗SARS-CoV-2 感染的治疗选择有限。该研究评估了萝卜硫素 （SFN）的抗病毒活性，萝卜硫素是源自萝卜硫苷的主要生物活性植物化学物质，萝卜硫苷是十字花科蔬菜中高浓度存在的天然前体。 研究结果 （1）体外研究：SFN对HCoV-OC43和SARS-CoV-2具有抗病毒作用 通过评估SFN的潜在病毒抑制活性，在接种冠状病毒之前，将Vero C1008细胞在体外暴露于SFN 1-2 h。结果显示，与未暴露于SFN的同时接种冠状病毒的Vero C1008细胞相比，SFN在非人灵长类动物Vero C1008细胞中有效地抑制了HCoV-OC43和SARS-CoV-2-Wuhan-Hu-1病毒相关的细胞死亡，并呈剂量依赖性，显示出相当的半数抑制浓度（IC50=10 µM，95%CI 4.7-20.4和IC50=12 µM，95%CI 4.7-30）和病毒选择性[治疗指数（TI）50 分别为 7和7]（图1a和图2a）。当使用人二倍体成纤维细胞（MRC-5）进行相同的检测时，SFN处理HCoV-OC43感染产生了相似的结果（IC50=18 µM，95%CI 9.7-33.5，TI50=5，图1b），SFN的细胞毒性也呈剂量依赖性。半数中毒剂量（TD50）维持在73-89 µM范围内（图1a、图1b和图2a）。对SFN处理的SARS-CoV-2感染的人肠道Caco-2细胞中的病毒RNA进行了定量分析，观察到呈剂量依赖性降低，IC50为2.4 µM（图2c）。 进一步评估了SFN对SARS-CoV-2的第二个参考毒株以及两种携带有刺突D614G (614G+)的替代临床毒株的活性（图2d）。SFN在Vero C1008细胞中对USA-WA1/2020（IC50=31 µM，95%CI 14.7-66.4）、两株614G+临床菌株USA/MDHP-20/2020（MD）和USA /DCHP-7/2020（DC）（IC50=28 µM，95%CI 14.9-52.9；IC50=29 µM，95%CI 8.2-102.3）均有抑制作用，与Wuhan-Hu-1参考株的作用相当。同样，SFN可抑制SARS-CoV-2 Delta（IC50=5.6 µM，95%CI 4.1-7.8）和Omicron变异体（IC50=3.3 µM，95%CI 0.9-11.8）。 该研究还分析了SFN能否影响已建立的病毒感染，即在暴露于SFN之前，病毒已在Vero C1008细胞中复制了24小时。结果显示，SFN有效地抑制了HCoV-OC43和SARS-CoV-2-Wuhan-Hu-1感染，两种病毒的IC50均在较低的微摩尔范围内，分别为18µM（95%CI 4-84.1）和13µM (95%CI 8.6-20)。这些结果表明，无论在病毒接种前还是接种后24小时使用SFN，其病毒特异性抑制活性都是相似的，表明SFN对细胞外进入和细胞内进入后的病毒过程都有影响。研究还评估了单次使用SFN是否可以防止持续4天的后续病毒感染的细胞病变效应（CPE）。SFN预处理Vero C1008细胞可显著抑制HCoV-OC43的CPE，IC50=21µM（95%CI 9.3-49.3），TI50=4（图1d）。 此外，研究了SFN与抗病毒药物瑞德西韦联合使用的潜在协同效应，瑞德西韦是一种病毒RNA依赖性RNA聚合酶抑制剂，结果显示，瑞德西韦在Vero C1008细胞（IC50= 4µM）和HCoV-OC43中有效抑制SARS-CoV-2的体外复制，但浓度更高（IC50=22µM）(图1e、2e)。在两药联合试验中，SFN与瑞德西韦在多个联合比例下协同作用，在低于各自药物IC50的浓度下同时抑制HCoV-OC43和SARS-CoV-2-Wuhan-Hu-1的复制（图1f、图2f）。 为了评估NRF2在SFN抗病毒活性中的作用，将NRF2表达降低的修饰Caco-2细胞感染SARS-CoV-2并给予SFN处理；观察到在对照组和NRF2敲低细胞中，SFN处理后SARS-CoV-2病毒载量有类似的降低，表明SFN的体外抗病毒活性很可能是通过NRF2非依赖途径介导的。  图1 SFN对HCoV-OC43的抗病毒作用  图2 SFN对SARS-CoV-2的抗病毒作用 （二）SFN治疗SARS-CoV-2感染小鼠的效果 为了评估SFN治疗在体内降低病毒滴度和炎症的能力，将半数组织培养感染剂量（TCID50）的SARS-CoV-2/USA/WA1/2020病毒滴鼻接种至K18-hACE2转基因雄性小鼠。在K18-hACE2小鼠中，人角蛋白18启动子引导hACE2向上皮细胞表达，使SARS-CoV-2进入细胞。在病毒接种前1天开始，SFN每天经口灌胃感染动物（剂量为30 mg/kg）（图3a）。从接种后4天开始，感染动物的体重明显下降。在接种后第6天，与对照组相比，SFN处理的小鼠体重下降明显减轻（图3b，P<0.0001）。作为肺损伤的衡量指标，与未处理的感染对照组相比，SFN处理的感染小鼠的支气管肺泡灌洗液（BAL）中的蛋白浓度显著降低，表明药物预处理具有保护作用（图3c，P<0.0001）。 与未处理的对照组相比，处理组动物肺泡液中的病毒载量也显著降低（图3d，P=0.04）。当标准化Pol2Ra基因时，与未处理的对照组相比，SFN处理的小鼠中观察到病毒肺滴度降低1.5 log（图3e，P=0.004）。对这些动物的肺组织切片进行苏木精和伊红染色分析显示，在SARS-CoV-2感染后，炎症过程与之前对该模型的描述相似（图3f）。与感染未治疗的小鼠相比，SFN处理的小鼠肺部病理程度较低，肺泡和细支气管周的炎症较少。 组织病理学分析显示，与未治疗的对照组（组织病理学评分为6/16）相比，SFN治疗小鼠的肺部炎症显著减轻（组织病理学评分为1/16）（图3g，P=0.0008）。SARS-CoV-2刺突蛋白免疫染色显示，与SFN治疗小鼠相比，未经治疗的感染小鼠肺部分布更广泛（图3f）。SARS-CoV-2刺突蛋白免疫染色定量显示，与SFN治疗的小鼠相比，感染未治疗的小鼠与病毒相关的肺面积增加了4.4倍（图3h，P=0.01）。  图3 SFN对SARS-CoV-2感染的K18-hACE2小鼠的治疗作用 综上所述，该研究证明了SFN在药理学和潜在治疗可达到的浓度下可以抑制SARS-CoV-2的体外和体内复制。此外，当在感染前给药时，它可以调节炎症反应，从而降低小鼠感染的后果。鉴于SFN具有口服生物利用度、商业可得性和有限的副作用，该研究结果表明SFN可能是预防和治疗COVID-19和其他冠状病毒感染的一种有前途的方法，但需要进一步的研究来探究这些可能性。 原文献： Ordonez AA,Bullen CK,Villabona-Rueda AF,et al.Sulforaphane exhibits antiviral activity against pandemic SARS-CoV-2 and seasonal HCoV-OC43 coronaviruses in vitro and in mice[J].Commun Biol.2022 Mar 18;5(1):242. |
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