芦荟属于百合科多年生常绿草本植物, 主要分布在热带、亚热带地区, 种类繁多, 达1 000种以上。其中, 市场上常见的芦荟品种有美国芦荟(库拉索芦荟)、中国芦荟、木立芦荟和好望角芦荟等。芦荟营养丰富, 含大量维生素、氨基酸、微量元素、糖类、蒽醌类物质等多种生物活性成分, 使得芦荟凝胶具有抗菌、抗病毒、抗感染、抗氧化、防辐射、促进创伤愈合、提高人体免疫功能等作用。为充分发挥芦荟的药用价值, 人们通常将芦荟作为原料, 通过水或有机溶剂提取、分离, 从而获得其有效成分^[1-2]。

1 芦荟提取物的主要活性成分 1.1 蒽醌类衍生物

蒽醌类衍生物是芦荟提取物重要的组成部分, 占芦荟渗出液干物质的9%~30%, 是存在于芦荟叶片外皮部分具有高度活性的酚类化合物, 具有多种生物学功能。芦荟中蒽醌类衍生物组分较复杂, 包括芦荟素、芦荟大黄素、芦荟大黄酚、芦荟皂草甙、芦荟宁、芦荟苦素、芦荟霉素等几十种成分^[3-4], 其中芦荟大黄素是最基本的成分之一。

1.2 糖类物质

糖类是芦荟叶片内黏液组织除去水分外的主要成分, 包含单糖和多糖两部分。单糖组分有甘露糖、葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、鼠李糖等, 但其功能特性相对于芦荟多糖较单一, 因此芦荟多糖是芦荟中糖类物质的主要研究对象。目前已被检测到的芦荟多糖有乙酰化葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖、葡甘聚糖、D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖、AloctinA、B及植物凝血素等不下30种^[5]。

1.3 有机酸和氨基酸

芦荟汁液中的有机酸是联系糖类、脂肪和蛋白质三者代谢的重要成分。主要有琥珀酸、苹果酸、酒石酸、乙酸、丁二酸、柠檬酸、异柠檬酸、对香豆酸、月桂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸和棕榈酸等。此外, 芦荟中蛋白质水解后可产生19种以上氨基酸^[6], 包含亮氨酸、精氨酸、赖氨酸、苏氨酸等8种人体必需氨基酸。由于精氨酸相对含量较高, 所以芦荟被誉为21世纪最具潜力的保健食品。

1.4 矿物质和维生素

芦荟植株含有钾、钙、镁、铝、铁、硅、锌、铜、镍及锗等多种矿物质元素。其中, 从芦荟叶汁中提取的羟基锗三氧化物对肺癌、白血病、肝硬化及全身性风湿病等疾病的治疗具有良好的效果^[7]。另外, 芦荟也含有多种维生素, 存在于芦荟外皮的维生素迄今为止已查明的有维生素A、维生素B₁、维生素B₂、维生素B₆、维生素B₁₂、维生素C、维生素E和维生素H等。

1.5 酶及其他有效成分

现已从芦荟叶汁中检出的酶有淀粉酶、纤维素酶、过氧化酶、脂肪酶、氧化酶、乳酸脱氢酶、血管紧张肽和植物凝血素等^[8]。

2 芦荟提取物的抗病毒作用

目前, 病毒性传染病依然是危害人类健康的头号公敌。据不完全统计，世界上所有因战争死亡的人数总和仅是因天花病毒死亡人数的一小部分。随着病毒抗原变异、毒力增强和新型病毒的不断出现, 严重威胁着人类健康。旧的抗病毒药物在治疗急性、烈性传染病方面表现出很大的局限性, 亟待探寻新型的抗病毒药物。自古至今, 药用植物已广泛应用于传染性和非传染性疾病的治疗。全世界约25%的常用药物中都含有天然植物成分。近几年, 芦荟的抗病毒作用同样引起了人们的关注^[9-10]。

2.1 抗HIV

在芦荟提取物的抗病毒作用中, 抗HIV-1的效果最受关注。比尔·H·麦卡纳利^[11]给予艾滋病患者稳定化芦荟凝胶制品并使其连续服用3个月, 经检测, 患者体内的CD₄细胞和T₄细胞比此前增加2~3倍, 充分证实芦荟胶具有提高机体免疫力和消炎抗菌的功能。Pulse等^[12]将芦荟凝胶制品以营养添加剂的形式给予艾滋病患者, 治疗效果显著。王丽英等^[13]通过研究大黄药理作用发现, 大黄可显著抑制艾滋病病毒且抑制作用大于艾滋病的首选药物AZTTP, 其抑制作用可能与下列因素有关:①鞣质分子直接参与阻止HIV-gp120结合位点; ②抑制病毒粒子相关酶活性; ③阻止病毒在细胞上吸附; ④药物的抗病毒活性与收敛性。而芦荟提取物的另一主要成分芦荟多糖亦具有抑制HIV的活性, 包括抑制病毒逆转录酶、蛋白酶, 以及干扰病毒进入细胞等^[14]。Kahlon等^[15]通过体外实验证明芦荟乙酰化甘露聚糖单独或与齐多夫定、阿昔洛韦联合使用可抑制HIV-1病毒粒子的复制, 并认为芦荟乙酰化甘露聚糖通过改变病毒糖蛋白糖基化从而抑制HIV-1及其他胞膜病毒的复制。此外, 芦荟乙酰化甘露聚糖已被美国FDA批准成为治疗艾滋病的辅助药物, 经临床验证它是目前治疗人体免疫缺陷的有效药物。

2.2 单纯疱疹病毒(HSV)

HSV是引起人类皮肤性疾病的常见病原体。人类是其感染的唯一宿主, 主要引起口腔疱疹、疱疹性角膜炎、生殖器疱疹、疱疹性脑炎及全身性疱疹等疾病。其中HSV-Ⅱ引起的生殖器疱疹, 已成为世界性流行的性病, 在国外的发病率仅次于淋病、梅毒而居第三位^[16]。由于目前临床上尚无防治HSV的疫苗, 治疗药物主要为核苷类似物, 包括阿昔洛韦及其衍生物泛昔洛韦等。虽然这些核苷类似物可特异性阻断病毒复制过程, 但依然存在许多缺陷, 如靶点单一、生物利用度低、半衰期短及严重的不良反应等^[17]。之前研究^[18]表明, 大黄粗提物在体内、外均对HSV的繁殖有抑制作用且细胞毒性小。刘妮等^[19]通过病毒感染兔肾细胞观察细胞病变进一步研究蒽醌类衍生物对HSV-Ⅰ型和HSV-Ⅱ型病毒的抑制作用, 结果显示, 在蒽醌类衍生物中, 大黄素可在体外抑制HSV且HSV-Ⅰ优于HSV-Ⅱ。在适宜浓度范围内, 随着药物浓度增加, 抗病毒效力也不断增强。此外, 通过研究大黄素抗病毒机制发现, 大黄素不能保护细胞免受HSV攻击, 但可直接杀灭病毒粒子并抑制病毒的生物合成。这可能与大黄素能抑制增殖细胞核抗原(PCNA), 从而阻止核酸复制有关^[20]。芦荟提取物中大黄素含量丰富, 因此芦荟提取物在抗HSV方面具有广阔的前景。

2.3 抗流感病毒

流行性感冒病毒即流感病毒, 属于正黏液病毒科RNA病毒, 可经由空气传播引发人、猪、牛、马以及禽类急性上呼吸道感染而致死亡。其发病率及死亡率均较高且易发生变异, 常引起世界周期性大流行。20世纪以来, 在全球范围内发生3次较为严重的流感, 分别是1918年“西班牙流感”(H1N1)、1957年“亚洲流感”(H2N2)和1968年的“香港流感”(H3N2), 均对世界公共卫生安全造成严重威胁。因此, 新型抗流感病毒化合物是人们一直以来的研究热点。2006年体外实验^[20]证实, 芦荟大黄素对流感病毒有灭活作用且大黄鞣质对A、B型病毒粒子均具有明显的抑制作用; 后期Shih-Wen等^[21]深入研究并探讨芦荟中蒽醌类衍生物对A型流感病毒的抑制作用及机制表明:芦荟大黄素细胞毒性较低, 当其在MDCK细胞内浓度逐渐升高时, 由病毒诱导的细胞病变减少且能够抑制病毒粒子在细胞中的复制。此外, 与重组半乳糖凝集素-3作用机制相同, 芦荟大黄素可增加感染细胞内抗病毒基因IFN-β、IFN-γ、PKR和2’, 5’-OAS的表达, 经蛋白组学分析发现, 芦荟大黄素通过上调半乳糖凝集素-3的表达, 恢复由NS1抑制、STAT1介导的抗病毒应答, 从而达到抗A型流感病毒的效果。同样, 人源性流感的控制也有望通过芦荟大黄素的治疗来实现^[22]。

2.4 抗柯萨奇病毒

柯萨奇病毒属小RNA病毒科, 肠道病毒属, 主要经呼吸道或消化道传播, 分为A、B 2型。柯萨奇病毒A型主要引起上呼吸道感染, 临床上表现为疱疹性咽峡炎, 感染儿童多见; B型则主要引起人的无菌性脑膜炎、心肌炎、肺炎等疾病。柯萨奇病毒对西药不敏感, 西药治疗效果不明显, 而研究^[23]证实, 芦荟提取物对肠道病毒有较好的抑制作用, 具有良好应用前景。Roberts等^[24-25]首次报道了芦荟甘露聚糖能够提高感染柯萨奇病毒B3(Coxsachievirus B3)小鼠体内特异性抗体滴度, 发挥抗病毒作用; Glatthaar-Saalmüller等^[26]通过检测木立芦荟水提物产品Bioaron C的抗病毒活性, 发现Bioaron C可抑制人鼻病毒和柯萨奇病毒的复制; Clausen等^[27]按照美国顺势疗法药典规定的方法和剂量将仙人掌提取物、芦荟、冷杉、山金车等草药与碳酸钙混合制成药物并探究该药物在体内体外的抗病毒机制, 研究表明该药物可刺激小鼠体内NK细胞的活化使机体免疫增强来抵抗对NK敏感的柯萨奇B4病毒(CVB4)。

2.5 抗动物病毒

芦荟提取物具有广泛的抗病毒活性, 除了上述4种病毒外, 芦荟大黄素对日本脑炎病毒(JEV)和猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)也具有一定的抑制作用^[28]。Lin等^[29]研究发现, 芦荟大黄素可作为一种时间和剂量依赖性的干扰素诱导剂诱导机体产生抗病毒活性; 体外证明甘露聚糖可以诱导树突状细胞(DCs)的成熟, 从而激发免疫细胞产生免疫应答, 充分发挥机体免疫系统抗病毒的功能。

有学者^[30]通过对比几种中草药多糖的免疫调节效果, 发现芦荟多糖抗肿瘤、抗病毒活性较高。早期研究发现, 用新城疫病毒感染鸡成纤维细胞(CEF)后加入芦荟多糖, 测定感染细胞溶解物中的半数组织感染量TCID₅₀, 结果发现TCID₅₀显著降低。陈洪亮^[31]通过血凝试验证明当芦荟多糖对新城疫病毒有显著的治疗甚至灭活作用; 通过鸡胚接种发现芦荟多糖在鸡胚内对新城疫病毒的繁殖也有明显抑制作用。吴瑗等^[32]将适当浓度的芦荟多糖和病毒先后接种到Marc-145细胞, 结果显示多糖对猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)的感染有阻断作用且效果显著, 其作用机制可能是多糖中活性成分通过提高细胞膜的稳定性来阻止病毒颗粒对靶细胞的吸附, 从而使细胞受到保护, 提高细胞抗病毒能力。这一研究为芦荟多糖的临床应用及对猪蓝耳病的预防和治疗奠定基础。一般认为, 多糖一方面可激活巨噬细胞、NK细胞, 增强其吞噬能力; 另一方面, 可促进淋巴细胞及干扰素等相关细胞因子的分泌, 激活补体活性, 加快病毒抗体的产生, 从而发挥抗病毒作用。此外, 多糖还可直接与病毒结合, 使病毒结构破坏, 起到直接灭活作用等。

3 展望

植物多糖的抗病毒过程比较复杂。根据前人研究进展及本课题组的研究成果判断, 植物多糖的抗病毒机制可分为3种:一是干扰病毒粒子感染宿主细胞; 二是刺激宿主抗病毒相关蛋白的表达; 三是可提高机体免疫力。根据上述研究分析, 芦荟多糖抗病毒机制同样涉及这几个方面, 但芦荟多糖也有其独特性, 这也是芦荟多糖独特的抗病毒活性的基础。目前, 芦荟作为抗病毒药物在国内的开发应用较少, 主要用于医疗、美容、食品保健等领域。然而, 越来越多的科学研究证明了芦荟提取物在抗人类和动物病毒方面的突出效果, 这为人类新型抗病毒药物的研发带来了希望。此外, 近年来, 随着化学抗病毒药物的滥用, 病毒耐药性变异越来越普遍, 寻找高效稳定的替代品势在必行, 芦荟多糖因其复杂的结构和作用机制使其不易诱导病毒产生耐药性变异。相信随着芦荟提取物化学分离、提纯、合成和抗病毒研究的不断深入, 制药工艺的进一步优化, 基于芦荟提取物的抗病毒药物将会有更加广阔的前景。