姜黄素抗HIV的分子机制研究进展

叶翩(综述) 张淑玲(审) 姜黄(Curcuma longa)是一种在亚洲热带地区广泛种植的药用植物，从其根茎中提取的活性成分主要为姜黄素(占75％一95％)。研究发现姜黄素具有抗氧化、抗炎、抑癌作用以及对多种蛋白激酶有抑制活性。此外，姜黄素还可抑制人巨噬细胞TNF和IL．1生成及了NF的生物活性，抑制c-Jun／AP-1、NF-r,B活化以及一氧化氮合酶基因和环氧化酶一2基因的转录表达。目前，姜黄素作为PKC、PKA、JNK和受体酪氨酸激酶相关细胞信号转导途径的抑制物受到广泛关注。20世纪90年代，体外研究发现姜黄素有抗HIV活性L1)。近年研究认为姜黄素可抑制HIV复制，具有抗HIV一1和HIV-2活性。临床已将姜黄素用于艾滋病(AIDS)患者的试验性治疗． 1抑制HIV整合酶和蛋白酶 目前，对于HIV感染和AIDSI临床首选逆转录酶 (RT)和蛋白酶(PR)抑制剂联合应用。然而， 这种疗法仍然不能清除患者体内的病毒，容易出现 耐药株。近年将抑制HIV整合酶(IP4)作为研究的重点。Math6 G等研究发现，抗m药物与R了及PR抑制剂联合应用有协同作用。 研究表明，姜黄素分子优先结合m和PR的活性中心，其分子定位于m活性中心的链转移和3’端加工相关的空穴中。姜黄素的酚基氧与链转移功能域中的末端残基Lysl59相互作用，0一甲氧基与3．端加工活动相关的空穴底部的残基His67和Thr66相互作用。姜黄素与R了和PR的结合模式与MazumderA等的报道一致。另外，姜黄素的苯乙烯醛基化合物也具有抗IN的作用。 Sui Z等发现，姜黄素是对HrV-1(IC50=100 μM)和HIV-2(IC50：250 rtM)蛋白酶的温和抑制剂，其硼化合物也是HIV蛋白酶的时间依赖性灭活剂。姜黄素的二羟基硼化合物其IC50值低至61a／VI。在与PR结合时，姜黄素分子与PR的活性中心结合，其酮一烯醇氧与链A羧酸功能域中的Asp25接近，羰基氧与链B(主链)中的Gly27接近。重要的是，酚基氧与一个末端酚环的甲氧基功能域中的氧相互作用并与链A的Asp 29和Asp 30残基形成氢键，另一个酚环直接指向Asp29'和Asp30'。姜黄素的对称结构在与同二聚体PR的结合过程中起到很重要的作用。由于姜黄素对m的活性中心有很好的定向，它定位于许多关键的功能残基并且与之相结合。O-羟基和(或)酮一烯醇基则对抑制m和PR有重要作用。 2 抑制HIV LTR活性 潜伏期前病毒的活化程度会影响到HIV-1感染和人体免疫抑制的发展程度，而病毒DNA中的长末端(基因)重复序列(LTR)控制这个活化过程。HIV-1 LTR的活性由结合于LTR中特定序列的正或负性转录调节因子复杂的相互作用决定。因此调控这些转录因子的活性可望控制HIV潜伏状态发展和持续感染。 HIV-1前病毒的转录由病毒的LTR控制。药物可以通过抑制LTR活性而阻断HIV-1复制．托泊替堪、β拉帕醌(卜lapachone)、姜黄素可抑制LTR活性调控基因的表达，而在其有效浓度内，对宿主细胞本身作用轻微。姜黄素可抑制急性或慢性感染HIV-1的细胞生成p24抗原，其靶点是LTR的转录功能。 2．1 抑制由：yTat蛋白介导的HIV LTR活性 HIV编码一些调节蛋白包括反式作用因子ut基因产物，其顺式元件是LTR中R区的一小段核苷酸序列了AR．Tat蛋白可启动HIV转录及保证转录的延续，由于HIV的转录只有一个起始点，因而Tat蛋白可促进HIV整个基因组，包括调节基因、结构基因及其自身的表达。此外，Tat还可使细胞转录因子如由肿瘤坏死因子(TNF)诱导的NF-rB活化，而NF-r．B参与LTR启动子的激活。Tat(片段1—86)通过下调含锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)基因的表达促进细胞还原一氧化状态的改变，从而导致超氧阴离子叮的过度蓄积，而氧化应激对于潜伏期HIV．1的活化有重要影响，由了at介导的新的氧化状态也会刺激了NF诱导的NF-r,B激活。另外，Tat使外源性信号如TNF-a、lL—l、IL-6和TGF-o表达，而使活性氧(ROS)增加。而关于NF-KB、氧化应激、Tat／TAR系统的相关分子机制是HIV及一些与其密切相关的逆转录病毒所特有的。HIV从潜伏状态转化为感染状态时Tat蛋白起关键作用，因此其可作为抗病毒化学疗法的靶点。Barthelemy s等证明10—100 nM姜黄素能抑制稳定转染了HIV—lLTR-lacZ基因的HeLa细胞中了at反式激活HIV-1LTR-lacZ的70％一80％，并且姜黄素及其衍生物以剂量依赖方式抑制Tat的反式激活。因此姜黄素阻碍HIV一1复制，其部分机制与干扰了at活性有关。 2．2 抑制由紫外线(UV)引起的HIV-LTR基因表达细胞信号诱导剂UV可使HIV-LTR转染细胞中位于病毒LTR的HIV启动子活化。由于LTR中HIV启动子的两个NF-r,B结合位点是其激活的关键，NF-r,B／Rel蛋白家族与其他结合于NF-rd3的蛋白质可能是重要的刺激因素。UV可激活NF-r,B转录因子，后者对多种基因的转录激活有重要作用。TaherMM等研究表明，NF-r,B和p38 MAP激酶(应激激活蛋白激酶-2)对曝露于UV的HeLa细胞中HIV基因转录是必需的，而NF-rB或p38 MAP激酶的单独激活作用不足以完成整个反应。以不同剂量的姜黄素作用于HeLa细胞后再曝露于UV，测定转录因子NF-r,_B与不同的MAPK信号途径的激活作用，结果HIV基因表达抑制效应与NF-r．B而不是p38 MAP激酶激活作用的抑制有关。电泳迁移率变动分析表明，用与抑制HIV基因表达相似剂量的姜黄素可有效阻断UV激活NF-r,B。并且，UV诱导的HIV基因表达随曝露于UV后的时间而变化(由6小时的3—6倍增至20小时的10—40倍)。同时发现用微摩尔级浓度姜黄素作用的HlVcat／HeLa细胞可完全阻断UV对HIV基因表达的激活。 3 抑制HIV组蛋白和反式作用因Tat乙酰化 组蛋白和非组蛋白乙酰化作为重要的翻译后修饰，调节真核细胞的基因表达和所有整合入人类基因组的病毒DNA(例如：HIV)。BalasubramanyamK等报道，无论在体外还是体内，姜黄素都是一种p300／CREB-结合蛋白(CBP)特异性的组蛋白乙酰转移酶(HA了)活性抑制剂。HIV nuc一1组蛋白乙酰化和HIV反式作用因子丁at被p300Z,酰化对HIV的转录活性有重要影响，是HIV基因表达和增殖所必需的。通过调节Tat和nuc—l乙酰化，HAT使HIV由潜伏状态转为活化状态．体外试验姜黄素可抑制HIV-Tat蛋白被p300乙酰化及病毒增殖，姜黄素抑制病毒感染的SupTl细胞中合胞体的形成验证了上述观点．Cheng等研究表明，姜黄素能透过细胞且没有细胞毒性，可作为p300／CBP特异性HA丁抑制剂阻止HIV传播至邻近细胞。由此认为，姜黄素在HIV组合疗法中可以成为一种导向化合物。 4 对HIV相关细胞因子的作用 TNF-α对HIV感染细胞具有双重作用，即增强HIV复制和选择性杀伤HIV感染的细胞。Chan MM等报道，体外试验时5 μM姜黄素可抑制脂多糖(LPS)诱导的人单核一巨噬细胞系Mono Mac 6生成TNF和IL-1，并减弱了NF在L929成纤维细胞的生物活性。姜黄素还可有效和选择性抑制由于NF诱导的HIV-1 L丁R-控制的基因表达以及慢性感染T细胞系 由了NF-0t诱导的HIV产生p24抗原．研究发现， GM-CSF与U，1细胞温育48h后能促进HIV复制，数量 增至2倍以上，而且GM-CSF的这种活性与TNF,(I有协同作用。另外，在HIV感染的巨噬细胞中，GM-CSF对HIV p24抗原生成有显著的刺激作用。这些细胞因子可能通过诱导细胞转录因子NF-r,．B激活HIV转录．体外试验姜黄素可抑制LPS诱导的NF-r,B 激活。Singh s等发现姜黄素也能阻断佛波酯(PMA或了PA)和过氧化氢介导的NF-r．B激活。姜黄素可能通过抑制NF-r．B活化而下调HIV相关细胞因子的表达，进而影响HIV．1复制。由于姜黄素通过抑制NF-r．B活化作用于HIV-1L了R，因此认为姜黄素抑制NF-r,B活化在其影响HIV复制过程中具有重要意义。 South EH等报道，对大鼠给予姜黄素(40mg／kg)5周后，IgG水平明显升高，而对迟发型过敏反应及NK细胞活性则无明显影响．因而推测姜黄素用于HIV感染者的治疗，可增加机体的体液免疫功 能，防止继发性感染，而对细胞免疫功能没有影响。 5 对HlV患者的B细胞淋巴瘤增殖的抑制作用 EB病毒(EBV)相关的B细胞淋巴瘤多出现于免疫缺陷者(如器官移植和HIV感染)。Ranian D等实验研究发现，姜黄素通过增加程序性细胞死亡来抑制EBV转化的类淋巴母细胞系(LCL)增殖。 B细胞的异常生长在HIV／AIDS人群中导致几种类型的癌症．实验研究发现，姜黄素对B细胞以及几种类型的B细胞淋巴瘤B细胞生长的抑制率为35％一63％，使肿瘤细胞凋亡从而明显破坏四种类型B细胞淋巴瘤的生长。 6 结语 综上所述，姜黄素具有抑制HIV整合酶和蛋白酶、HIV LTR活性、HIV组蛋白和反式作用因子ut的乙酰化以及显著降低HIV基因表达的作用。另外姜黄素还可下调HIV相关细胞因子的表达，抑制HIV患者B细胞淋巴瘤的增殖．目前抗HIV新药开发中最大的问题是费用昂贵，并且耗时长．因此急需选择一种更常见的药物或者草药成分。作为一种无毒且具有多种活性的抗HIV成分，姜黄素极具开发潜力，同时姜黄素作为HIV整合酶和蛋白酶的抑制剂，其分子结构可以作为抗HIV新药设计的结构基础。但其是否能作为治疗AIDS的临床药物，还需要进一步研究以及在大规模、严密的试验中得到证实。

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