職業教育論文-繼承和發揚相結合中藥青蒿的研究過程與啟迪作者：陳毅平，牛曉靜，陳雙英【摘要】青蒿素是由我國科學家于1970年從傳統中藥菊科植物黃花蒿中首次提取出的抗瘧有效單體，此外，還開發了一系列衍生物、類似物等。青蒿素是從傳統植物中提取得到藥物的典范，深入透徹地學習和繼承中藥青蒿的發現及發展過程，對研究開發更多具有自主知識產權的產品和技術，加快中藥現代化和產業化有重要的啟迪作用。【關鍵詞】青蒿青蒿素發現及發展Abstract：ArtemisininwasisolatedfromthetraditionalChinesecompositaeplantsArtemisiaannuaL.inthe1970sbyChinesescientists,whichwasaneffectiveanti-malariamonmer,furthermore,derivativesofartemisininanditsanaloguehavebeendeveloped.Artemisininsetagoodsampleforusingtraditionalmedicinetoprovidenewdrugs,thoroughlystudyandinheritancethehistoryofartemisinindiscoveryanddevelopmentisimportanttoourresearchproductsandtechnologythathavemoreindependentintellectualpropertyrights,inordertoimprovetheprogressofmodernizationandindustrializationofTCM.KeywordsQinghao；Artemisinin；Discoveryanddevelopment中藥青蒿為菊科草本植物黃花蒿ArtemisiaaanuaL.的干燥地上部分。青蒿素（Arteannuin，結構式如圖1）是我國發現的第一個植物化學藥品，也是中國唯一被世界衛生組織認可的按合成藥研究標準開發的中藥。臨床研究證明對氯喹敏感株瘧、惡性瘧及腦型瘧有顯著療效，且可用于治療對其它抗瘧藥有耐藥性的病人。青蒿素的發現、發展以及臨床上的應用，對醫藥化學的發展曾起了積極的推動作用。1青蒿素的發現及發展史1.1青蒿素的發現青蒿素的發現得益于傳統中醫藥學，早在古代就有對青蒿研究的記載。青蒿載于本草綱目及馬王堆出土的五十二病方。晉葛洪肘后備急方神農本草經及本草綱目等醫籍本草均有以復方青蒿湯、截瘧青蒿丸、青蒿散及青蒿鱉甲湯等治瘧記載。但中醫藥抗瘧始終沒有形成優勢并在全球得以推廣。圖1青蒿素結構式（略）20世紀60年代瘧疾大肆流行，瘧原蟲對王牌抗瘧藥氯喹產生抗藥性，惡性瘧成為世界性棘手難題。為此，以屠呦呦1為首的中國中醫研究院的科學家于1969年通過有關防治疾病的古代文獻和民間單方，結合實踐經驗，1971年發現中藥青蒿乙醚提取的中性部分有顯著的抗瘧作用，1972年從青蒿中分離出活性物質青蒿素，1973年經臨床研究取得與實驗一致的結果，抗瘧新藥青蒿素由此誕生。1976年周維善等經研究證明其為一種含有過氧基的新型倍半萜內酯。這項研究曾被國外專家譽為“20世紀后半葉最偉大的發明”。1985年，青蒿素注射劑在臨床實驗中取得了良好的效果。1986年青蒿素獲得一類新藥證書，并獲得“國家發明獎”。1.2青蒿素類藥物的發展史在研究青蒿素的構效關系中發現，青蒿素結構中的過氧基是產生抗瘧作用的必需基團，內酯環的羰基還原成羥基時可增效，因此保留過氧鍵，經三類反應可得到多種衍生物，由此可得到如：蒿甲醚、蒿乙醚、蒿琥酯等衍生物。目前比較成功的是廣西桂林制藥廠。1976年，廣西桂林制藥廠的總工程師劉旭2將C-12位羰基還原成醇羥基，變成雙氫青蒿素，在此基礎上合成了3個羧酸酯，3個磺酸酯和7個醚類化合物。經過篩選和臨床實驗發現，804衍生物青蒿琥酯(Artesunate)（以其實驗室804命名）可解決水溶性的問題,且療效提高5倍，具有速效、高效、低毒、多種給藥途徑、半衰期短等特點，是為搶救危重病人的生命而優先開發的，并獲得了專利優秀獎（專利號：CN851007813）。青蒿琥酯原料是在我國實行“新藥審批辦法”以來被衛生部批準的第一個一類新藥，1987年發給了001號新藥證書和生產批件，由桂林制藥廠發明并獨家生產3，4。WHO瘧疾化療科學工作組主席認為：“這一新的發現更重要的意義在于發現這種化合物獨特的化學結構，它將為進一步設計合成新的藥物指出方向。”除此之外，國內外的眾多學者也對青蒿素進行了大量的研究，合成了許多衍生物及類似物，有許多抗瘧活性超過青蒿素。李英等5以雙氫青蒿素，在酸和堿的催化下與各種醇、羧酸酐和氯甲酸酯反應，合成其醚類，羧酸酯，碳酸酯類等衍生物47個，其中有12個抗瘧活性超過青蒿素10倍。虞佩琳等6合成了42個側鏈上帶有鹵素、氮或硫取代的化合物，多數化合物抗瘧活性超過青蒿素，但并未超過相應的無雜原子取代的衍生物。而國外的學者對青蒿素類似物和簡化物的合成做了相對較多的研究，包括：過氧化物7、臭氧化物8、1，2，4-三惡烷7、1，2，4，5-四惡烷9等，其中，Vennerstrom等10用酸催化的過氧化環己酮及其衍生物或臭氧化相應的環己酮甲氧基肟的方法合成了數十個四惡烷類化合物，其中水溶性臭氧化物（0OZ277）已進入臨床試驗，有望成為新一代抗瘧藥物。這幾類化合物原料易得、易于合成、結構穩定，代表了新型抗瘧藥物的發展趨勢，而其最終的作用機制、作用受體或靶點仍需要深入研究。同時，有些衍生物11，12除抗瘧作用外，還具有其他顯著的藥理活性，這為深入研究青蒿素藥理活性提供了一種新的思路。2青蒿素的化學研究2.1青蒿素的提取方法研究青蒿含有青蒿素、青蒿甲、乙、丙、丁、戊素，青蒿酸、蒿酸甲酯、青蒿醇13，其揮發油主要為蒿酮、異青蒿酮、枯敬醛、1，8-桉油精、丁香烯等14；還有香豆素、黃酮15，二氫青蒿酸過氧化物16等其它成分。其主要有效成分是青蒿素。青蒿素的提取方法主要有：有機溶劑提取法17工藝簡單，易于批量生產；然而由于經過長時間的提取和濃縮，易使過氧鏈破壞，收率降低，且易燃易爆，污染大，提取周期長。“丙酮-硅膠柱層析法”18在原料含量為0.1%時可采用，產品質量穩定，但提取工藝繁雜，大批量生產困難。稀乙醇法19工藝流程短、操作簡便、成本低、安全，但收率僅在36%40%；也有采用60%70%乙醇，用CaO作為沉淀劑，得到青蒿素精品總收率大于0.4%20。近年來還有報道采用微薄輔助法（MAE）21，22、超臨界流體萃取法（SFE）23、超聲波提取法24，這些方法分離效能較佳、無殘留溶劑，溶劑用量少；而所需設備條件比較高，不利于批量生產。由于其他的方法在工業化生產中仍存在不足，目前采用的較多的仍是有機溶劑法，通常采用120#汽油作為溶劑。2.2青蒿素的合成研究1979年，在測定結構的基礎上開始了青蒿素合成的研究，1983年完成了青蒿酸經7步反應合成青蒿素的全過程25。1992年Acton和Roth對此進行了改進，縮短了反應歷程，共有三步組成：用NaBH4或NiCl氫化還原；光氧化過程；空氣氧化過程，總收率可提高到32%26。而這一反應路線與植物的生物合成途徑比較接近，可用來解釋青蒿素在植物體內合成的可能機制，綜合利用可以提高植物中青蒿素的含量。同時青蒿素的全合成也在1983年完成，Schmil等27首先報道以（-）-異薄勒醇為原料經13步反應完成，總產率為2.1%。目前已有多條途徑，所不同的是所用原料的差異，如以R(+)-香草醛、胡薄荷醇、香茅醛、胡薄荷酮等原料進行青蒿素的全合成28。青蒿素的全合成在產量上雖高于人工栽培，但合成技術要求比較高，合成步驟多，總收率不高，而半合成收率相對來說比較高，比全合成在大批量生產上有應用前景。隨著基因工程、細胞工程、生物工程等的應用，利用植物組織培養來生產青蒿素或利用青蒿素前提生物合成青蒿素的技術，在大規模生產青蒿素的方面已顯示出了很大的潛力。青蒿素生物合成有關的中間體有十幾種，其中研究的比較多的是青蒿酸29和紫穗槐二烯30。而主要的組織培養體系包括：青蒿芽、青蒿毛狀根、青蒿發根膿桿菌和生物反應器培養等，SouretFF小組31探索了霧化反應器、鼓泡反應器與流化床生物反應器對工業化青蒿毛狀根基因表達的不同，為生物反應器的商業化應用提供了一定的依據。美國科學家最近成功地用轉基因酵母合成了青蒿酸32。利用微生物合成，有望降低生產成本，但是目前還需要進一步的優化體系以及探索工業化大生產的條件。因此，在現有基礎上，加強對青蒿素生物合成的研究，盡量采用合適的青蒿素中間體、溫和的反應條件并減少合成步驟是今后研究的重點方向之一。3藥理研究目前，由于不同的學者所采用的實驗模型和實驗條件不同，對于青蒿素的抗瘧機制并沒有統一的解釋。早期的超微結構研究表明，青蒿素主要作用于瘧原蟲的膜系結構33。兩步學說認為34：與Fe2+的存在有重要關系，機體內鐵能催化其過氧橋結構的分解,產生自由基,進而損傷蟲體細胞膜結構達到抗瘧目的。然而ParapiniS等35研究認為Fe2+不存在時，仍具有抗瘧活性。體外實驗發現，血紅素能催化青蒿素的還原分解，從而抑制了血紅素的內化，阻斷瘧原蟲對鐵離子和蛋白質的利用36。還有學者提出是可能與抑制了瘧原蟲內質網鈣ATP酶的活性有關37。也有些學者觀察到青蒿素可能與瘧原蟲DNA分子相互作用，從而引起瘧原蟲的死亡38，39，而蟲體DNA、瘧蛋白是藥物靶點的觀點還需要更多的實驗根據加以證實，不過現已成為研究者關注的新方向。隨著對青蒿素類藥物藥理作用研究的不斷深入，已證實在抗瘧、抗孕、免疫調節、抗心律失常和抗腫瘤等方面都有作用,其中抗腫瘤作用是目前研究的熱點方向之一。1991年鄧定安40首先報道了青蒿酸衍生物對小鼠白血病P388細胞有殺傷作用。后經實驗證明，青蒿素及其衍生物對多種腫瘤細胞都有殺傷作用41，42，包括：黑色素瘤細胞，腎癌細胞，中樞神經系統腫瘤細胞，肺癌細胞，卵巢癌，乳腺癌，肝癌等，而且不同的衍生物對腫瘤細胞的作用強度不同，同一種衍生物對不同類型的腫瘤細胞作用強度也不同，具有較高的選擇性。Efferth等43研究青蒿琥酯對55種人體腫瘤細胞的抗癌活性時發現，對白血病及結腸癌細胞最敏感，中度敏感的有黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、中樞神經系統腫瘤及腎癌細胞等，非小細胞肺癌敏感性最差。其抗腫瘤作用機制是多方面的，主要包括：抑制腫瘤細胞的增殖，誘導腫瘤細胞凋亡，通過自由基的產生及氧化應激直接殺傷腫瘤細胞，抑制腫瘤血管生成，逆轉多藥耐藥，增加放化療的敏感性等。目前青蒿素及其衍生物作為抗腫瘤藥應用還需要解決很多方面的問題，如對腫瘤細胞作用的靶點、腫瘤蛋白的表達調控等需要深入研究；選擇抗癌作用強、抗癌譜廣的化合物；抗腫瘤活性的體內實驗研究、臨床應用研究等44。4展望“中國醫藥學是一個偉大的寶庫”。幾十年來我國的合成藥物多為仿制藥，僅抗瘧藥青蒿一例為我國發現的全新藥物。盡管國外已有了組合化學，高通量篩選研制新藥，而從我國國情看，青蒿的研究是中藥研究方面比較著名的成功范例，并得到了全世界的公認。重溫青蒿的研究歷史，我們要在此基礎上對其藥理、化學成分、生物合成、類似物合成等方面進行充分挖掘、開發，為傳統中藥現代化開發提供指導性的典范作用，提高中藥在世界上的地位，從而使傳統中藥走向產業化、現代化，充分發揮其經濟效益和社會效益。【參考文獻】1屠呦呦，倪慕云，鐘裕容，等.中藥青蒿化學成分的研究J.藥學學報.1981,16(5)：366.2劉旭.抗瘧藥青蒿琥酯的合成方法J.發明專利公報,1986,2(14):5.3劉旭.青蒿素衍生物的研究J.藥學通報,1980，15(4)：183.4BarradellLB,FittonA.Artesunate:AreviewofitspharmacologyandtherapeaticeffiencyinthetreatmentofmalariaJ.Drugs,1995,50(4):714.5李英，虞佩琳，陳一心，等.青蒿素類似物的研究.還原青蒿素的醚類、羧酸酯類及碳酸酯類衍生物的合成J.藥學學報,1981,16（6）：429.6虞佩琳,陳一心,李英,等.青蒿素類似物的研究.含鹵素、氮、硫等雜原子的青蒿素衍生物的合成J.藥學學報,1985,20(5):357.7BorstnikK,PaikH,PosnerGH.Malaria:newchemotherapeuticperoxidedrugsJ.MiniRevMedChem,2002,2(6):573.8DongYX,VennerstromJL.Dispiro-1,2,4,5-tetraoxanesviaozonolysisofcycloalk-anoneO-methyloximes:acomparisonwiththeperoxidationofcycloalkan-onesinacetonitrile-sulfu