植物病毒病,被称为“植物癌症”,是仅次于真菌病害的第二大破坏性植物病原体,对全球农业生产造成了巨大损失(Hu等人,2022b)。其中,烟草花叶病毒(TMV)是最具破坏性的植物病毒之一。TMV是一种杆状单链RNA病毒,属于Tobamovirus属,大小约为18纳米×300纳米。其病毒颗粒由6395个核苷酸组成的RNA基因组构成,呈螺旋结构,并被2130个相同的衣壳蛋白亚单位包裹(Lumata等人,2021)。TMV具有广泛的宿主范围,能够感染65个科中的885种植物。经济上重要的宿主包括烟草、番茄、辣椒(均为茄科作物)、黄瓜以及多种观赏植物(Cai等人,2020)。全球范围内,TMV感染每年造成的农业损失超过10亿美元(Li等人,2025)。
TMV感染的植物会出现花叶症状、畸形、矮化和生长受阻等问题,严重影响产量和质量(Li等人,2025)。在烟草中,早期感染表现为幼叶上出现明显的脉络带状斑纹。随着病毒破坏光合作用功能,叶绿素缺乏现象逐渐明显。随后病毒复制导致叶片组织内细胞异常增生,使叶片厚度和颜色不均匀——这是花叶病的典型特征。感染中期,广泛的坏死病变加剧了花叶症状。最终,受感染的叶片严重变形,出现明显的皱缩和变形(图1)(Abdelkhalek等人,2022)。
TMV具有高致病性和显著的环境适应性。目前治疗TMV的主要策略包括农业控制、化学控制和生物控制,其中化学控制仍是主要方法。然而,尽管这些合成农药被广泛使用,但它们可能对农业、环境和人类健康产生不良副作用。长期和大量使用后,易出现抗性菌株,进一步促进了病毒抗性的发展(Wang等人,2025)。除了对目标病原体的影响外,这些化合物还对有益土壤微生物构成威胁,可能导致土壤和水体污染。此外,作物上的化学残留物可能威胁食品安全和人类健康。最近的研究表明,某些化学抗病毒化合物的残留物与糖尿病、癌症和神经系统疾病的发生有关(Rani等人,2021)。随着生态安全和可持续农业受到越来越多的关注,传统化学控制的局限性变得日益明显,迫切需要高效、安全和环保的抗病毒替代品(van Bruggen等人,2015)。
近年来,由于结构多样性、良好的生物相容性和低环境持久性,天然植物化合物成为有前景的抗病毒候选物质。值得注意的是,尽管目前合成小分子在抗病毒药物开发中占主导地位,但许多合成药物都是基于植物天然产物的结构优化开发的。这些天然小分子的结构复杂性和广谱生物活性为抗病毒药物设计提供了宝贵模板。同时,合成化学的进步也促进了植物天然产物的探索和应用。
通过使用“TMV”和“天然化合物”在Web of Science Core Collection中检索的出版物进行关键词共现分析,本文综述了现有的天然抗病毒剂研究成果。2012年至2025年间新发现的植物来源抗病毒化合物的数量及其相关研究文献的年度趋势如图2所示。在此期间,新化合物的发现呈现出明显的阶段性特征:2016年数量达到峰值约70种,相关文献也大幅增加,为后续研究奠定了坚实基础。2016年后,新报告的化合物数量逐渐减少,但研究文献仍持续发表。这表明从传统植物资源中容易发现的新化合物已被广泛研究,因此发现新结构变得越来越困难。因此,研究重点从简单分离新化合物转向深入研究作用机制、结构-活性关系(SAR)分析和半合成修饰。植物来源抗病毒化合物库的建立为新型合成抗病毒小分子的设计和开发提供了宝贵模板,成为天然产物发现与合成药物研究之间的关键桥梁。
本文系统总结了自2010年以来具有抗TMV活性的植物来源天然产物,包括蛋白质、多糖、生物碱、酚类化合物、萜类等小分子,如图3所示。讨论了它们的结构特征、抗TMV活性和潜在的抗病毒机制,以及该领域的当前挑战和未来发展方向。本文旨在为绿色高效植物农药的开发提供参考,并为新型抗病毒剂的合成提供先导化合物(表1)。