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    青蒿素類藥物的發(fā)展歷史*

    2012-01-24 08:04:18王滿元
    自然雜志 2012年1期
    關(guān)鍵詞:抗瘧藥抗瘧青蒿

    王滿元

    副教授,首都醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)藥學(xué)院,北京 100069

    由于青蒿素的發(fā)現(xiàn)和在抗瘧領(lǐng)域的使用,在全球范圍內(nèi),特別是在發(fā)展中國家,挽救了幾百萬瘧疾患者的生命,2011年度美國拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎頒給了屠呦呦研究員。為了幫助讀者更好地了解青蒿素類藥物,本文對世界衛(wèi)生組織推薦的一線抗瘧藥物——青蒿素類藥物的發(fā)展歷史做一簡要概述。

    2011年9月12日,美國拉斯克基金會宣布,“因發(fā)現(xiàn)青蒿素——一種用于治療瘧疾的藥物”中國中醫(yī)科學(xué)院屠呦呦研究員獲得了2011年拉斯克臨床醫(yī)學(xué)獎。拉斯克獎在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的影響力,青蒿素獲獎的消息一時間激起了國內(nèi)外對該類藥物以及青蒿素發(fā)明過程的廣泛關(guān)注,青蒿素類藥物不僅對惡性瘧原蟲以及多藥抗性瘧原蟲有高效殺滅作用,對腦性瘧也有治療作用。筆者期望通過粗淺介紹青蒿素類藥物的歷史,起到拋磚引玉的作用,加深讀者對該類藥物的認(rèn)知程度。圖1為常見青蒿素類藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

    圖1 青蒿素類藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

    20世紀(jì)50年代,科學(xué)家們曾很樂觀地認(rèn)為瘧疾能夠被消滅,因為通過使用二氯苯基三氯乙烷(DDT)和其他蚊蟲殺滅劑使瘧疾及有關(guān)疾病發(fā)病率明顯下降。但由于蚊子生存歷史久遠(yuǎn),對環(huán)境有很強的適應(yīng)能力,導(dǎo)致蚊子很快對所用的殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性。另一方面,歷史上曾認(rèn)為瘧疾無除人以外的儲蟲宿主,因而以為只要在人群中殺滅原蟲,即使不能完全消滅,至少也可顯著降低瘧疾的傳播。基于這種觀點,在世界許多地區(qū)進(jìn)行了集體預(yù)防用藥,包括泰國和南美的部分地區(qū),但也正是這兩個地區(qū)首先報導(dǎo)了對氯喹的抗性。蚊子的抗藥性加上瘧原蟲的抗藥性使瘧疾更加難以控制。時至今日,瘧疾仍是世界上蟲媒傳染病中發(fā)病率和死亡率最高的疾病之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)2011年世界瘧疾報告數(shù)據(jù)[1],2010年全球106個瘧疾流行國家和地區(qū)共有2.16億瘧疾病例,死亡65.5萬人,其中86%的受害者是5歲以下的兒童。

    1 中藥青蒿簡介

    青蒿為常用中藥,是一年生菊科植物黃花蒿Aretemisia annua L.的干燥地上部分。青蒿資源是中國具優(yōu)勢的藥材資源。中藥青蒿具清虛熱、除骨蒸、解暑熱、截瘧、退黃之功效,在中國有兩千多年的沿用歷史。青蒿入藥最早見于馬王堆三號漢墓(公元前168年,漢文帝十二年)出土的帛書《五十二病方》用于治療痔瘡。中國現(xiàn)有最早的本草學(xué)專著——《神農(nóng)本草經(jīng)》以草蒿為青蒿之別名,列為下品。中藥青蒿為傳統(tǒng)清熱解暑藥,其功用在歷代本草中均有記載。如《圖經(jīng)本草》載“青蒿,治骨蒸潮熱,古方多單用之”。關(guān)于青蒿抗瘧的記載,首見于一千多年前東晉葛洪所著《肘后備急方》。其后,本草、方書屢有記載,民間相應(yīng)也有應(yīng)用[2-6]。近代以來,中藥青蒿除以傳統(tǒng)飲片復(fù)方配伍應(yīng)用外,也有不少含有青蒿的中成藥面世。由于青蒿素的明星效應(yīng),青蒿已成為一味著名中藥。針對青蒿原植物的栽培、組織培養(yǎng)、育種、代謝工程、生物合成基因調(diào)控等研究三十多年來一直是一個熱點領(lǐng)域。

    2 青蒿抗瘧研究與“523”項目的關(guān)系

    20世紀(jì)60年代,惡性瘧原蟲對氯喹等原喹啉類藥物產(chǎn)生抗藥性,致使重癥瘧疾患者陷入無藥可治的境地。因此,全世界的藥物研發(fā)人員針對抗瘧藥開展了大量工作,僅美國為發(fā)展新型抗瘧藥所篩選的化合物就高達(dá)30萬種。然而,所有這些研究并未取得重大突破,沒有給瘧疾患者帶來新的藥物。中國自1964年起即在軍內(nèi)開展了抗瘧研究,時至1967年成立了“全國瘧疾防治研究領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室”(簡稱全國“523”辦公室)。青蒿抗瘧研究項目是1969年以后加入“523”項目。1969年1月21日,經(jīng)全國“523”辦公室動員,衛(wèi)生部中醫(yī)研究院(現(xiàn)改名為中國中醫(yī)科學(xué)院)參加了抗瘧藥研究的項目。中國中醫(yī)科學(xué)院接受任務(wù)后,組建了以屠呦呦為組長的抗瘧藥科研組。該科研組從收集整理歷代醫(yī)籍、本草入手,結(jié)合民間驗方與名醫(yī)獻(xiàn)方,歷經(jīng)3個月整理出以640余個方藥為主的《抗瘧單驗方集》。此方集中包含中藥青蒿的相關(guān)內(nèi)容,從此青蒿成為全國“523”項目的研究對象,國內(nèi)有多個單位開展了針對青蒿的抗瘧研究[2]。

    3 青蒿抗瘧有效部位的發(fā)現(xiàn)

    中國中醫(yī)科學(xué)院屠呦呦科研組在《抗瘧單驗方集》的基礎(chǔ)上開展了以鼠瘧動物模型篩選中藥的實驗研究工作。1969年5月到1970年8月期間,屠呦呦組重點研究了200多種方藥(重點藥物包括胡椒、辣椒、銻制劑等,也做過青蒿)的抗瘧作用,但是,實驗結(jié)果并不令人滿意。1971年7月以后,屠呦呦歷經(jīng)多方協(xié)調(diào)努力后組建了一個更加規(guī)范的四人抗瘧藥科研小組,建立了瘧疾動物模型,多方面開拓思路制備藥效篩選樣品,開展實驗研究。屠呦呦在古文獻(xiàn)《肘后備急方》“青蒿一握,水一升漬,絞取汁,盡服之”的啟示下,采用低沸點溶劑冷浸青蒿葉末制備的樣品顯示出對鼠瘧原蟲100%的抑制率,其后開展的猴瘧藥效結(jié)果一致。1972年3月8日,屠呦呦在全國瘧疾防治藥物專業(yè)會議上報告了青蒿中性提取物的實驗結(jié)果。而后,鑒于青蒿抗瘧已取得了重大進(jìn)展,全國“523”辦公室要求中國中醫(yī)科學(xué)院當(dāng)年上臨床觀察療效。屠呦呦科研組在開展安全性試服后,在海南昌江瘧區(qū)現(xiàn)場,驗證間日瘧11例,惡性瘧9例,混合感染1例。該批臨床試驗結(jié)果顯示:青蒿提取物能使患者退燒,大幅度殺滅瘧原蟲至轉(zhuǎn)陰,療效優(yōu)于氯喹。此后,又在北京302醫(yī)院驗證9例患者,也觀察到了青蒿提取物良好的療效。1972年11月17日,屠呦呦大會報告了30例青蒿提取物抗瘧全部有效的療效總結(jié)。由此,進(jìn)一步引發(fā)了全國范圍內(nèi)對青蒿抗瘧的研究高潮[2,3,6]。

    4 抗瘧有效單體化合物青蒿素的發(fā)現(xiàn)

    中國中醫(yī)科學(xué)院屠呦呦科研組在獲得青蒿有效部位后開展了分離有效成分的工作。經(jīng)鼠瘧藥效篩選,該科研組于1972年11月8日分離提純得到的一個化合物鼠瘧篩選有效,該物質(zhì)為白色結(jié)晶,熔點156~157℃,50~100mg/kg可使原蟲轉(zhuǎn)陰??蒲薪M而后逐步累積有效單體,組織動物安全性實驗、人體試服實驗。確認(rèn)單體安全性后,于1973年8月在海南昌江瘧區(qū)進(jìn)行臨床驗證。初試5例,雖有3例有效,但效果不夠理想,經(jīng)及時追查原因,發(fā)現(xiàn)是片劑崩解度不合格的原因。使用青蒿素原粉膠囊進(jìn)行3例臨床療效觀察,結(jié)果顯示:總劑量3~3.5 g,全部有效,平均原蟲轉(zhuǎn)陰時間為18.5 h,平均退熱時間30h。臨床證實此單體是青蒿抗瘧的有效成分。1973年10月,科研組向全國“523”辦公室匯報了青蒿有效單體抗瘧藥效結(jié)果。1973年11月2日,全國“523”辦公室致函中國中醫(yī)科學(xué)院,通知召開“瘧疾防治藥物(包括化學(xué)合成)研究專業(yè)會議”,討論有關(guān)“中西醫(yī)結(jié)合尋找新藥問題”,特別明確“青蒿是重點藥物,請把有關(guān)資料整理帶往交流”。而后,屠呦呦匯報了青蒿抗瘧研究的有關(guān)情況,此次會議后將有效單體命名為青蒿素[2]。

    青蒿素在原植物葉片與花蕾中含量較高,莖稈基本不含青蒿素,傳統(tǒng)用青蒿飲片中葉片花蕾很少;再加上當(dāng)時青蒿藥材資源較亂,有多種菊科植物在各地以中藥青蒿藥用,不同產(chǎn)地的正品藥材資源中青蒿素含量差異也極大,青蒿素進(jìn)一步累積產(chǎn)量面臨難題。

    在1973年初致函中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所獲得中藥青蒿抗瘧研究技術(shù)資料后,以魏振興為代表的山東科研人員和以羅澤淵為代表的云南科研人員通過艱苦工作分別準(zhǔn)確選用優(yōu)質(zhì)青蒿資源分離得到了較多青蒿素單體化合物,為進(jìn)一步擴(kuò)大臨床研究做出了貢獻(xiàn)[2]。

    1974年2月28日至3月1日,全國“523”辦公室委托中國中醫(yī)科學(xué)院主持召開了全國青蒿素抗瘧協(xié)作會議,公開了青蒿素研究的各實驗室,作詳細(xì)介紹并組織了參會代表的實地參觀。該會議進(jìn)一步形成全國大協(xié)作局面。此后,青蒿抗瘧研究隊伍不斷擴(kuò)大,除山東、云南外,四川、廣西、廣東等地均參與青蒿素抗瘧工作。據(jù)1978年青蒿素鑒定會資料,參加單位多達(dá)40余個,有10個省、市、自治區(qū)參與臨床,共驗證病例6555例(中國中醫(yī)科學(xué)院共計完成529例),其中青蒿素制劑有2099例。在實際臨床工作中,各地采用了固體分散體、片劑、膠囊、注射劑、栓劑等多種劑型。臨床病例包括間日瘧、惡性瘧、腦性瘧。以李國橋為代表的廣州中醫(yī)藥大學(xué)研究人員在青蒿素的臨床研究中做了大量工作[7]。

    5 青蒿素結(jié)構(gòu)分析鑒定

    屠呦呦科研組獲得青蒿抗瘧有效單體后,即著手其化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定研究。經(jīng)元素分析確認(rèn)結(jié)構(gòu)中只有碳、氫、氧,沒有以往喹啉類抗瘧藥所含有的氮原子。在林啟壽教授的幫助下,科研組基本明確其為相對分子質(zhì)量282,分子式為C15H22O5的一種倍半萜類化合物。而后,科研組限于各方面條件,希望與有關(guān)單位合作,盡快確定青蒿素的結(jié)構(gòu)。1974年1月,經(jīng)屠呦呦與中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)所聯(lián)系后,該所同意共同研究。以周維善為代表的上海有機(jī)所人員與中國中醫(yī)科學(xué)院科研人員共同開展了青蒿素結(jié)構(gòu)鑒定工作。同時,中國中醫(yī)科學(xué)院在1974年后期與中國科學(xué)院生物物理所協(xié)作用X衍射方法開展了青蒿素結(jié)構(gòu)鑒定的工作。1975年11月30日,X衍射工作基本確定了青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。經(jīng)與梁曉天教授溝通,復(fù)核X衍射數(shù)據(jù),確認(rèn)了青蒿素的結(jié)構(gòu)。1976年1月26日,屠呦呦與生物物理所李鵬飛一道赴上海有機(jī)所溝通青蒿素結(jié)構(gòu)鑒定情況。次日,由李鵬飛作X衍射方法確定青蒿素化學(xué)結(jié)構(gòu)的報告,周維善、吳毓林、吳照華等均與會并確認(rèn)[2]。中國中醫(yī)科學(xué)院將有關(guān)情況上報中華人民共和國衛(wèi)生部黨組,經(jīng)批準(zhǔn)后于1976年2月20日投稿到《科學(xué)通報》,該刊在1977年第3期上發(fā)表題為“一種新型的倍半萜內(nèi)酯——青蒿素”的論文,署名為“青蒿素結(jié)構(gòu)研究協(xié)作組”[8]。中國中醫(yī)科學(xué)院繼續(xù)就“結(jié)構(gòu)與反應(yīng)”與上海有機(jī)所協(xié)作,1979年5月出版的《化學(xué)學(xué)報》發(fā)表了具體研究成果,題為:“青蒿素的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)”[9]。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)所的科研人員探索完成了青蒿素的全合成工作;1983年《美國化學(xué)會志》首先報道了瑞士科學(xué)家完成青蒿素全合成的研究工作[10]。全合成工作進(jìn)一步驗證了青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在青蒿素類化合物的分析測定研究方面,以趙世善、曾美怡為代表的中國中醫(yī)科學(xué)院科研人員做了較多的工作。青蒿素的藥效、藥代、毒理研究方面,全國的科研人員都做了較多的工作,這些都為青蒿素類藥物的面世奠定了基礎(chǔ)[2]。

    6 青蒿素類衍生物的藥物研發(fā)

    1973年,屠呦呦科研組為確證青蒿素結(jié)構(gòu)中羰基的存在,將青蒿素用硼氫化鈉還原后獲得了一個還原衍生物——雙氫青蒿素。在1975年基本確定青蒿素的結(jié)構(gòu)后,為了進(jìn)一步探討青蒿素類化合物的抗瘧構(gòu)效關(guān)系,科研組制備了雙氫青蒿素的多種衍生物,特別對還原后又乙酰化的衍生物開展了較深入研究。初步構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果表明:過氧是主要抗瘧活性基團(tuán),在保留過氧的前提下,內(nèi)酯環(huán)的羰基還原成羥基可以明顯增效,在羥基上增加某些側(cè)鏈的衍生物抗瘧藥效比青蒿素高。1975年的全國抗瘧藥協(xié)作會議上屠呦呦科研組公開了青蒿素的初步構(gòu)效關(guān)系規(guī)律,促進(jìn)了全國范圍內(nèi)青蒿素衍生物的研究[2-3]。中國科學(xué)院上海藥物所、桂林制藥廠等單位開展了青蒿素衍生物研究,分別研制了蒿甲醚與青蒿琥酯。1986年中國實施《藥品管理法》以后,中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所申報中國第一個新藥——青蒿素(1986年),中國科學(xué)院上海藥物所、昆明制藥廠申報蒿甲醚(1987年),桂林制藥廠申報青蒿琥酯(1987年)。1986年后,屠呦呦科研組放棄了青蒿素還原后又乙酰化衍生物的研究,深入研究雙氫青蒿素,歷經(jīng)7年,1992年將雙氫青蒿素研發(fā)為一類新藥上市生產(chǎn)。蒿甲醚、青蒿琥酯與雙氫青蒿素等青蒿素類單方制劑曾在國際抗瘧市場上發(fā)揮重要作用。2000年,荷蘭 ARTECEF Zeewolde公司研制成功蒿乙醚。美國研制的Sodium Artelinate未見上市報道。

    7 青蒿素類復(fù)方藥物簡介

    從1982年以來,以李國橋和Nick White為代表的研究人員結(jié)合瘧疾發(fā)病情況、瘧原蟲抗藥性以及青蒿素類藥物的作用特點提倡使用青蒿素類復(fù)方來控制瘧疾,這種觀點逐步被國際社會所認(rèn)同[11]。WHO自2001年開始推薦使用基于青蒿素類抗瘧藥的聯(lián)合治療方案(Artemisinin-Based Combination Treatments,ACTs),治愈率可達(dá)90%[12-14]。綜合分析 WHO2010年與2011年世界瘧疾報告[1-15],以青蒿素為基礎(chǔ)的聯(lián)合療法是最有效的抗瘧藥,全世界對ACTs的采購從2005年的1100萬療程上升到了2010年的1.81億療程,在 WHO主導(dǎo)的大規(guī)模藥浸蚊帳和ACTs計劃的支撐下,全球瘧疾死亡人數(shù)從2000年的近100萬下降到了2010年的65.5萬。2009年,柬埔寨-泰國邊境確診出現(xiàn)惡性瘧原蟲對青蒿素耐藥,后來又在緬甸和越南等地發(fā)現(xiàn)同樣情況。2010年,全世界有28家制藥公司仍然在銷售青蒿素類單方制劑,為防范耐藥性擴(kuò)散到ACTs,WHO將采取措施使青蒿素類單方制劑退出抗瘧市場。WHO 2010年發(fā)布的瘧疾治療新指南[16]中推薦的5種ACTs分別為:蒿甲醚+苯芴醇、青蒿琥酯+阿莫地喹、青蒿琥酯+甲氟喹、青蒿琥酯+磺胺多辛(周效磺胺)/乙胺嘧啶以及雙氫青蒿素+哌喹。韓國的新豐制藥(Shin Poong Pharmaceutical)與“瘧疾藥物開發(fā)項目”(Medicines for Malaria Venture,簡稱MMV)合作開發(fā)的一種ACTs藥物組合青蒿琥酯+咯萘啶于2010年完成了三期臨床評價,結(jié)果顯示該ACTs可以治療無并發(fā)癥惡性瘧疾[17]。

    青蒿素類藥物是世界抗瘧藥研究史上繼喹啉類藥物之后又一重要里程碑,已經(jīng)被國際社會廣泛認(rèn)同。目前針對青蒿素的研究熱潮仍在繼續(xù)。青蒿素是從植物中分離出來的天然含過氧基團(tuán)的化合物,自然界極為少見。迄今為止只有零星文獻(xiàn)提到除中藥青蒿外尚有其他植物亦含有青蒿素,如1986年R.Liersch等報道日本產(chǎn)同屬植物Artemisia apiacea中含有萬分之八的青蒿素[18];1991年羅仕德等報道云南產(chǎn)同屬植物Artemisia Lamcea中分離得到了青蒿素[19];1998年易平等報道從同屬植物牛尾蒿Artemisia subdigitata Mattf.中分離得到了青蒿素[20]。但未見結(jié)合實際的進(jìn)一步報道。

    國內(nèi)外的研究多數(shù)基于青蒿素類藥物的抗藥性、藥效毒理與作用機(jī)制、青蒿素的生物合成和發(fā)展新型青蒿素類抗瘧藥物開展工作。在擴(kuò)展適應(yīng)癥方面,該類藥物在寄生蟲疾病、自身免疫性疾病以及腫瘤方面均開展了較為深入的工作。

    目前,青蒿素的唯一現(xiàn)實來源就是植物提取。中國擁有全球80%以上的青蒿素資源,在青蒿素產(chǎn)業(yè)全球價值鏈中的青蒿種植價值環(huán)節(jié)、青蒿素加工提取價值環(huán)節(jié)占有絕對優(yōu)勢。但當(dāng)前中國的青蒿資源利用率較低,主要原因是青蒿素在青蒿中含量不高,僅部分來源(如四川、廣西、湖南、海南等地)青蒿素含量能達(dá)到千分之幾,可供工業(yè)化從植株葉片中提取青蒿素??傮w上,對于青蒿資源的高效利用研究以及青蒿中蘊含的多種結(jié)構(gòu)新穎,專屬性的化合物研究都不夠。

    實踐、思考、知識三者結(jié)合的重要性,先哲早有明訓(xùn)??鬃诱f:“學(xué)而不思則罔,思而不學(xué)則殆”。韓愈說:“業(yè)精于勤荒于嬉,行成于思?xì)в陔S”。正如斯坦福大學(xué)教授Lucy Shapiro評價的一樣,以屠呦呦為代表的中國科學(xué)家憑借“洞察力、視野和頑強信念”忠實踐行了實踐、思考、知識三者相結(jié)合的理念,從中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中為世界帶來了青蒿素類藥物,挽救了全球數(shù)百萬瘧疾病人的生命,展現(xiàn)了中國科學(xué)家的學(xué)術(shù)精神和創(chuàng)新能力。

    (2011年11月11日收到)

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