芳香中药防治新型冠状病毒肺炎作用机制探究*

★ 罗晶 殷宁 黄小英 张华 李慧婷 任桂林 柳小莉 杨明*

（1.江西中医药大学药学院 南昌 330004；2.现代中药制剂教育部重点实验室 南昌 330004；3.创新药物与高效节能降耗制药设备国家重点实验室 南昌 330004；4.成都中医药大学药学院 成都 611137）

新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19），简称“新冠肺炎”，已发展为全球性流行病，目前还未有对COVID-19 的特效药，因此研究预防或治疗新冠肺炎的有效药物，迫在眉睫。芳香中药自古以来在防治瘟疫的抗争中发挥着重要作用，芳香疗法是中医药疗法的重要组成部分，《景岳全书》卷十三《瘟疫》论述避疫法时，就提到“用降真香烧焚，大解邪秽，小儿带之，能解诸邪，最验”［1］。芳香中药在现代防治病毒性疾病中也发挥着重要作用，如鱼腥草、野菊花等，多具有清热解毒、芳香化湿功效，这些药材大多有抗病毒、抗菌、消炎解热及调节免疫功能等作用，尤以抗病毒作用最为显著。

经过整合芳香疗法行业专家组综合文献研究、专家共识等研究结果提出一套用于防疫新冠肺炎的芳香中药挥发油复方，通过香薰、喷洒、吸嗅等方式运用于江西省中医院防治新冠肺炎全过程，病人经鼻腔吸入后感觉良好，从疫情初期江西省中医院到该院确诊人数清零，医护人员零感染，该挥发油作用功不可没。该复方作为天然药物产物，来源丰富，毒副作用小，适宜性佳，在变异性强、传染率高的病毒性疾病的防治中显示出独特优势。本文结合现代网络药理学和分子对接技术对芳香中药挥发油在预防及治疗方面的作用机制进行预测和探析，为研究探索新冠肺炎的预防治疗提供现代医学理论基础。

芳香中药挥发油由10 味药协同发挥扶正驱秽、芳香化湿、疏肝解郁之功。其中，4 个核心药味挥发油，肉桂挥发油、丁香挥发油、荆芥挥发油、香薷挥发油均有抗菌抗病毒作用，对肺部感染有较好疗效；此外，还有镇静、降温、提高免疫力等辅助功效，对治疗新冠肺炎发挥主要治疗作用。月桂挥发油、雪松挥发油、橙花挥发油、迷迭香挥发油、真薰衣草挥发油、八角茴香挥发油除大都能抗菌外，部分具有抗病毒作用，且具有抗焦虑、抗炎等作用，可以帮助核心药味进行治疗，预防其它感染，并改善患者情绪，有助于提高患者依从性。

1 材料与方法

1.1 基于文献获取复方中各药挥发油成分 通过cnki（https：//www-cnki-net-443.webvpn.jxutcm.edu.cn/）和pubmed（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/）分别检索“肉桂挥发油”［2-4］“丁香挥发油”［5-7］“荆芥挥发油”［8-11］“香薷挥发油”［12-13］“月桂挥发油”［14-15］“雪松挥发油”［16］“橙花挥发油”［17］“迷迭香挥发油”［18-19］“真薰衣草挥发油”［20-23］“八角茴香挥发油”［24-25］文献，整理文献中所指各个挥发油中含量较高化学成分。

1.2 获取中药挥发油成分靶点和新型冠状病毒肺炎靶点及潜在作用靶点预测 通过SwissTargetPrediction（http：//www.swisstargetprediction.ch/）在线平台收集挥发油成分的靶点并加以整理。通过NCBI（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）、GenCards（https：//www.genecards.org/）等数据库分别收集新型冠状病毒肺炎相关靶点。将挥发油处方中10 味芳香药物的挥发油成分靶点与新冠肺炎潜在靶点共同导入ImageGP（http：//www.ehbio.com/）平台，运用韦恩图功能映射取交集，得到的交集靶点，即为普济避瘟扶正熏香挥发油防疫新冠肺炎潜在作用靶点。

1.3 交集靶点的基因本体（GO）及京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析 在R 软件（Version3.5.2）安装Bioconductor 软件包“org.Hs.eg.db”并运行，将关键交集靶点转换成entrezID。然后在R 软件安装“clusterProfiler”包，根据已转换的entrezID，以P＜0.05，进行关键靶基因GO 与KEGG 功能富集分析，并将结果输出。

1.4 构建中药-挥发油成分-靶点-关键通路关系网络 采用Cytoscape3.7.2 软件对上述中药，交集靶点，作用与的交集靶点挥发油成分，以及重点通路构建网络PPI 图，在网络中，Degree 值代表某一节点与其它节点的相关数目，Degree 值越大，则越多节点与该节点相关联。

1.5 基于人体血管紧张素转换酶II（ACE2）的分子对接 文献报道，SARS-CoV-2 与严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV，非典）两种病毒感染细胞的途径均通过其表达的S-蛋白与人体内血管紧张素转换酶II（ACE2）的结合，导致病毒侵入机体而致病［26］。因此从PDB（http：//www.rcsb.org/）数据库下载ACE2（PDB ID：1R42）蛋白质3D 结构作为分子对接靶标。通过Discovery Studio 软件，采用基于CHARMm 的半柔性对接程序CDOCKER 对挥发油成分和ACE2 进行分子对接，且将结果与已注册用于新冠肺炎治疗的临床试验化学药［27］瑞德西韦（remdesivir）、阿比朵尔（arbidol）、氯喹（chloroquine）、恩曲他滨（emtricitabine）、达芦那韦（darunavir）和ACE2的对接结果进行比较。

2 结果

2.1 芳香中药挥发油成分 基于1.1 中所述方法，得到芳香中药挥发油成分共131 个。见表1。

表1 芳香中药复方中各挥发油含量较高成分

2.2 芳香中药复方挥发油和新冠肺炎靶点及复方潜在作用靶点预测 通过“1.2”所述方法，得到丁香挥发油成分522 个靶点，荆芥428 个，肉桂213 个，香薷662 个，八角茴香614，橙花212 个，迷迭香287 个，雪松274 个，月桂391 个，真薰衣草450 个。得到新型冠状病毒肺炎相关靶点348 个。得到关键交集靶点，即普济避瘟扶正熏香挥发油防疫新冠肺炎潜在作用靶点65 个，如图1。

图1 芳香中药复方挥发油和新型冠状病毒肺炎靶点韦恩图

2.3 交集靶点的GO 分析及KEGG 通路富集分析 为进一步探讨上述65 个交集靶点在防疫新冠肺炎时的作用机制，通过Rstudio 对65 个的靶点进行GO 富集分析，见图2。GO-BP 分析共得到1327条生物学过程，选前20 条生物学过程。主要涉及对脂多糖的反应（Response to lipopolysaccharide）、对细菌起源分子的反应（Response to molecule of bacterial origin）、细胞对生物刺激的反应（Cellular response to biotic stimulus）、细胞对脂多糖的反应（Cellular response to lipopolysaccharide）、 白细胞迁移（Leukocyte migration）、细胞对细菌起源分子的反应（Cellular response to molecule of bacterial origin）、血小板活化（Platelet activation）、凋亡信号通路的调节（Regulation of apoptotic signaling pathway）、凝血（Blood coagulation）、止血（Hemostasis）等。GO-CC 分 析 共 得 到27 个细胞组成，根据P＜0.01 筛选出20 个结果。主要包括膜筏（Membrane raft）、膜微区（Membrane microdomain）、膜 区（Membrane region）、囊 泡腔（Vesicle lumen）、细胞质囊泡腔（Cytoplasmic vesicle lumen）、粘着斑（Focal adhesion）、细胞-基质粘附连接（Cell-substrate adherens junction）、细 胞- 底 物 连 接（Cell-substrate junction） 等。GO-MF 分析共得到94 条有关分子功能的结果，取结果前20。主要涉及蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活 性（Protein serine/threonine kinase activity）、磷酸酶结合（Phosphatase binding）、蛋白磷酸酶结合（Protein phosphatase binding）、MAP 激酶活性（MAP kinase activity）、磷脂酰肌醇双磷酸激酶活性（Phosphatidylinositol bisphosphate kinase activity）、蛋白激酶C 活性（Protein kinase C activity）等。

图2 交集靶点的 GO 富集分析

KEGG 分析结果显示共有161 条通路途径，取结果前20 条通路作为重点通路，可以发现糖尿病并发症中的AGE-RAGE 信号通路（AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications）、卡 波西氏肉瘤相关疱疹病毒感染（Kaposi sarcomaassociated herpesvirus infection）、 细 胞 凋 亡（Apoptosis）、甲型流感（Influenza A）、百日咳（Pertussis）等通路与疾病发展有关。为了反应KEGG 术语之间的关系，使用ClusterProfiler 包对前生物学功能进行重构，图中更大的红色节点代表更明显的途径。我们可以看到在这些通路途径中CXCL8、NFKB1、PIK3CA、PIK3CB、PIK3CD、MAPK1、MAPK3、RELA 等靶点比较重要，它们可以同时在多种通路中发挥作用，如图3。靶点与主要通路关系图中靶点代码见表2。

表2 靶点代码对照表

图3 KEGG富集分析

2.4 中药-挥发油成分-靶点-关键通路关系网络 通过1.4 所述方法，得到中药-挥发油成分-靶点-关键通路关系网络图，如图4。分析显示Degree＞10 的挥发油成分有42 个，见表3。Degree＞30的靶点共有13 个，分别是PTGS1、JAK1、MAPK14、NOS2、PARP1 和MAPK3 等；Degree＞18 的 通 路 有4条，分别为卡波西氏肉瘤相关疱疹病毒感染（Kaposi sarcoma-associated herpesvirus infection）、人巨细胞病毒感染（Human cytomegalovirus infection）、糖尿病并发症中的AGE-RAGE 信号通路（AGE-RAGE signaling pathway in diabetic complications）、细胞凋亡（Apoptosis）。网络关系图表明以上结果是芳香中药复方挥发油防疫新冠肺炎的主要挥发油成分，靶点和通路。

图4 中药-挥发油成分-靶点-关键通路关系网络图（红色-中药，绿色-挥发油成分，蓝色-靶点，黄色-通路

表3 Degree＞10的挥发油成分

2.5 挥发油成分-靶标分子对接 选取Degree＞10的42 个挥发油成分作为对接成分。通过1.5 所述方法，将挥发油成分、临床试验化学药与ACE2 进行分子对接，结果见表4，分子对接模式图见图5。

图5 分子对接模式图

一般认为，当化合物以配位与疾病受体结合时，配体与受体结合的构象稳定时能量越低，发生的作用可能性越大［28］。分子对接结果显示较多挥发油成分和ACE2 的结合能低于-20 kJ·mol-1，表明这些挥发油成分与ACE2 有较好的结合活性；同时该方中部分挥发油成分和ACE2 的结合能可与化学药相媲美甚至超过化学药，且还可以发挥出单一化学药成分所没有的有助于防治新冠肺炎的作用。

3 讨论

自疫情发生以来，中医药在预防疫病方面积累了大量宝贵经验，除了在消灭传染源、切断传播途径方面的措施外，以芳香药用植物挥发油为原料，可用于预防疾病，杀菌除秽，还可以预防呼吸道疾病，减轻焦虑，促进中枢神经兴奋［29］。所以本研究采用多味中药挥发油组成的方剂应对新冠肺炎，探索其抗病毒、抗炎、祛痰等功效，为芳香疗法在防疫新冠肺炎疾病全过程发挥着积极作用理论提供依据，也为共同防疫提供新思路。

预防期，芳香中药复方可提高免疫，抵抗病毒外侵。从KEGG 富集分析结果可知，HIF-1 信号通路（HIF-1 signaling pathway）可能是芳香中药复方干涉新型冠状病毒肺炎涉及的主要通路之一。王明亮等［30］研究调查发现致肺癌途径包含HIF-1α 等，可通过HIF-1 通路促进非小细胞肺癌细胞增殖和侵袭，抑制细胞凋亡。故推测本方可能通过抑制HIF-1 通路，帮助受损细胞正常凋亡来控制疾病的蔓延和发展。根据成分-靶点-信号通路网络图，NOS2 可能是重要靶点之一，Scott B. Drutman 等［31］研究结果显示NOS2 缺乏症是患者感染巨细胞病毒（CMV）致死原因，因此可以推测NOS2 在人体抗病毒机制中发挥重要作用。

表4 挥发油成分和部分化学药与 ACE2 水解酶的结合能

治疗期，芳香中药复方可清肺祛痰，消除炎症外侵。富集分析显示多条通路主要富集在抗病毒感染和修复肺部损伤等功能上，起到抗病毒抗炎作用。其中AGEs-RAGE 信号通路能激活多种“损伤反应基因”的多效转录调节因子NF-κB（核转录因子-κB），进入细胞核，可引起大量黏附分子、生长因子、促炎细胞因子的表达与释放［32］，故本方可能可以通过作用该通路上的靶点抑制AGEs-RAGE 信号通路表达，从而抑制炎症的发生。人巨细胞病毒属于β 亚科的DNA 疱疹病毒，肺脏为人巨细胞病毒最易感染的器官，容易引起肺炎。在病理生理学中，引起肺炎的主要原因是细支气管炎尤其是毛细支气管周围炎， 易使小支气管粘膜壁的充血和水肿，常常可导致细支气管部分性或者完全性梗阻［33］。

从成分-靶点-信号通路网络图分析，重要靶 标 分 别 为：PTGS1、JAK1、NOS2、MAPK14、PARP1、EGFR 等。PTGS 也称为环氧合酶（COX），是前列腺素生物合成中的关键酶，COX-1 通常存在于身体的各个区域，不仅包括胃，而且包括任何炎症部位，COX-1 将花生四烯酸转化为产物LXs，LX 结构它们在体内均显示出强大的抗炎和促分解作用［34］。MAPK14 可在炎症状态下调控促炎因子的产生，可协调细胞对压力和炎症的反应，这在调节神经元细胞死亡中起着重要作用［35-36］。由此可见芳香中药复方挥发油可能通过调控促炎、抗炎因子的产生，两种因子相互协调达到保护机体的作用，靶点EGFR 存在于通路Human cytomegalovirus infection、HIF-1 signaling pathway、PD-L1 expression and PD-1 checkpoint pathway in cancer 中，与靶点MUC1 有关，李洪晓等［37］通过研究发现患者痰液MUC1、Muc5ac 表达与气道炎症相关，可以通过消除炎症的发生达到祛痰的效果，因此，EGFR 可能通过MUC1 对新冠病毒感染后肺部产生的痰瘀阻肺发挥积极的疗效。

KEGG 分析发现靶点ACE 主要通过恰加斯 病（ 美 国 锥 虫 病）［Chagas disease （american trypanosomiasis）］，肾素-血管紧张素系统（Reninangiotensin system），肾素分泌（Renin secretion）等通路途径发挥作用；ACE 参与催化血管紧张素I 转化为生理活性肽血管紧张素II 的酶。而新型冠状病毒（SARS-CoV-2）结合血管紧张素转化酶2（ACE2）受体激活经典的肾素-血管紧张素系统（RAS）调节途径，作用于肺及肺外靶器官，引发多脏器损伤［38］。因此，将挥发油成分与 ACE2 进行分子对接，结果显示棕榈酸（Palmitic acid）、亚油酸（Linoleic acid）、茴香酸（Anisic acid）与ACE2 的结合能比目前推荐使用的化学药瑞德西韦（remdesivir）等的结合能更有优势，挥发油成分是否可以通过作用于ACE2 受体调节多条信号通路起到治疗COVID-19 的作用有待临床一线医疗工作者的进一步验证。

康复期，保护神经，修复损伤。芳香中药挥发油的生物学过程不仅富集在免疫系统、内分泌系统、信号转导等的一系列生物过程信号通路上，用于对抗SARS-CoV-2 感染导致强烈的免疫反应和炎症风暴，因此大量细胞因子被激活，同时还富集在神经系统上具有保护神经，调节情志等功能，能够缓解疫情带来的抑郁焦躁情绪。JAK1、PARP1可能是本方干预新冠肺炎涉及的重要靶点，有文献表明JAK1 的mRNA 水平与疾病的预后和免疫浸润水平相关［37］，而PARP1 充当检测DNA 损伤的第一响应者，与几种DNA 修复过程的调控有关，可通过调节染色质结构以及与多种DNA 修复因子相互作用和修饰而有助于DNA 修复［38］。综上，芳香中药挥发油可通过多靶点共同协助在新冠肺炎康复期发挥积极作用。

目前新冠肺炎感染人数虽然已基本得到控制，但是我们尚未研发出特效药来全面治疗新冠肺炎，所以现在我们最关键的任务就是能够提高治愈率，降低致死率，加强治愈患者的愈后调理作用。建议是否可以综合现阶段治愈 COVID-19 患者的中药处方，筛选得到与冠状病毒感染中的关键蛋白结合较好的的芳香中药复方挥发油成分，根据辨证论治考虑其所在芳香中药，建立一些普适的芳香中药复方或精油处方，而芳香中药精油处方不仅在预防和治疗期对新型冠状病毒引起的肺部炎症有着干预改善作用。而且用药方便简单易行，经济实惠，同时能提高患者后期生活质量，再结合推荐的其他药物在新冠肺炎全过程进行综合治疗，为预防治疗新型冠状病毒肺炎及恢复治疗提供新的治疗方法和研究方向。