紫草素共价结合半胱氨酸，抑制PRRSV-2的3C样丝氨酸主蛋白酶（Nsp4）切割活性并在Marc-145细胞中抑制病毒复制

这项猪病毒研究为何重要

猪繁殖与呼吸综合征（PRRS）是现代养猪业中代价最高的疾病之一，会导致怀孕母猪流产、仔猪虚弱和致死性肺炎。疫苗并未完全解决问题，也没有药物直接针对病毒本身。该研究探索了一种色泽鲜红的植物化合物紫草素（长期用于传统医学），以评估它是否能阻止PRRS病毒在细胞内复制，并为保护猪只及依赖养猪业的农户提供新的可能。

一种顽固病毒且治疗选择有限

PRRS病毒（PRRSV）是一种快速变异的RNA病毒，产生许多在全球猪群中流行的毒株。然而，其关键工具之一——称为nsp4的酶——在不同毒株之间高度保守。该酶如同分子剪刀，将长的病毒蛋白切割成病毒复制所需的小片段。因为nsp4既必需又保守，它成为一种有吸引力的广谱抗病毒药物靶点，即使病毒在演化也可能保持有效。然而，迄今为止，只发现了少数弱效抑制剂，而且没有一种接近可在农场实际使用的程度。

一种色彩鲜明的植物化合物登场

紫草素是从紫草科植物Lithospermum erythrorhizon的根中获得的天然分子，在东亚草药中用于伤口愈合和抗炎。以往研究表明紫草素可干扰其他病毒的蛋白酶，包括新冠病毒的主要酶。受此启发，研究人员询问紫草素是否也能阻断以中国为主流的PRRSV-2的nsp4蛋白酶。在试管实验中，他们发现紫草素在低微摩尔浓度下显著降低了纯化nsp4的切割活性。进一步的生物物理测量显示，一旦紫草素与酶结合就很难脱落，暗示其可能形成永久性的化学键，而非单纯可逆的吸附。

将病毒“剪刀”锁定

为弄清紫草素如何使nsp4失活，团队结合了化学、定点突变和结构生物学方法。他们展示了紫草素易与含硫基团发生反应，这类化学位点正是氨基酸半胱氨酸所具有的。nsp4含有若干半胱氨酸，研究者便将每个半胱氨酸替换为结构相似但不反应的氨基酸，并检测这些突变酶对紫草素的反应。两个位置，称为C111和C194，被证明至关重要：当任一位置被改变，紫草素就不再抑制酶；当两者都被改变，结合几乎完全消失。未结合状态下酶的高分辨率晶体结构显示，C111呈现出一种此前未见的、暴露于溶剂的一种取向，在表面形成了一个浅口袋——对共价药物来说是一个诱人的停靠位点。将紫草素模拟为与C111或C194形成共价键的计算机模拟表明，该化合物可能通过两种互补方式损害酶功能：重塑病毒底物所在的槽沟，及扰乱两分子酶相互接合以达到完全活性的界面。

在感染细胞中阻止病毒

除了纯化蛋白外，核心问题是紫草素能否在活细胞中减缓病毒。使用Marc-145细胞（一种PRRSV研究的标准细胞系），作者发现紫草素显著抑制了三种遗传上不同的PRRSV-2毒株的复制。其有效浓度为纳摩尔级，远低于伤害细胞的浓度——病毒RNA下降超过100倍，释放的具有感染性的病毒数量也大幅减少。时间过程实验显示，处理过的细胞在整个感染期产生更少的病毒颗粒。额外的测定表明，紫草素干扰病毒生命周期的若干早期步骤，包括附着、进入和病毒基因组复制，但并未显著阻止病毒颗粒的最终释放，提示其具有多阶段的作用机制。

从实验室到养猪场：意义何在

综上所述，这些结果为非专业读者勾勒出一个清晰的故事：紫草素可钩住一个关键PRRSV酶的两个特定位点，形成稳定的化学键，将病毒机器锁定在失能状态。在细胞培养中，这转化为强大且广谱的抗病毒活性，并具有相对安全的窗口。先前的药代动力学研究显示，紫草素在动物体内可达到比此处有效剂量更高的血药浓度，尽管在某些暴露下的潜在毒性仍需关注。因此，作者并不认为紫草素是立即可用的疗法，而是将其视为一个有前途的起点——一种天然先导化合物，其结构可被优化以设计更安全、更高选择性的药物，帮助控制猪场PRRS并减轻生猪产业的经济负担。

引用: Wei, L., Liu, Z., Zhang, H. et al. Shikonin covalently binding to cysteine to inhibits the cleavage activity of the 3C-like serine main protease (Nsp4) of PRRSV-2 and suppresses viral replication in Marc-145 cells. npj Vet. Sci. 1, 9 (2026). https://doi.org/10.1038/s44433-026-00009-6

关键词: 猪繁殖与呼吸综合征病毒, 紫草素, 病毒蛋白酶抑制剂, 共价药物, 猪只健康