石油醚：青蒿素背后的無名英雄

■ 瑞 健

石油醚：青蒿素背后的無名英雄

■ 瑞 健

2015年10月5日，美國科學(xué)家William C. Campbell（威廉.坎貝爾）、日本科學(xué)家Satoshi mura（聰大村）以及中國女科學(xué)家Youyou Tu（屠呦呦）獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。其中，屠呦呦是我國著名藥學(xué)家，其獲得諾貝爾獎的主要貢獻是從黃花蒿中提取了青蒿素——一種具有抗瘧疾效果的藥用成分，該項發(fā)現(xiàn)挽救了很多人的生命。這不僅實現(xiàn)了中國科學(xué)家獲諾貝爾獎零的突破，同時也使中藥在國際上獲得了極大認(rèn)可。

一年之后，我們再一起認(rèn)識一下這個神奇的藥品青蒿素，它和石油又有什么樣的淵源。

神奇的中藥——青蒿素

青蒿（Artemisia carvifolia）一年生草本。莖直立，上部多分枝，具縱棱線。夏季開花，頭狀花序半球形，成圓錐狀，花管狀，外面為雌花，內(nèi)層為兩性花。青蒿含揮發(fā)油，也含艾蒿堿 ( abrotanine，C21 H22N2O）及苦味素等。

青蒿可以入藥，但非中藥“青蒿”之正品。青蒿素是從黃花蒿莖葉中提取的有過氧基團的倍半萜內(nèi)酯藥物，或提取青蒿中含量較高的青蒿酸，然后半合成得到。青蒿雖然是世界廣布品種，但青蒿素含量隨產(chǎn)地不同差異極大。研究證實，除中國重慶東部、福建、廣西、海南部分地區(qū)外，世界絕大多數(shù)地區(qū)生產(chǎn)的青蒿中的青蒿素含量都很低。

青蒿素良好的臨床療效吸引了人們對其藥用價值進行深入研究，繼而揭示了青蒿素更多的臨床應(yīng)用。屠呦呦1 971年首先從黃花蒿中發(fā)現(xiàn)抗瘧有效提取物，1972年又分離出新型結(jié)構(gòu)的抗瘧有效成分青蒿素（Arteannuin、Artemisinine、Qinghaosu），1979年獲國家發(fā)明獎二等獎。20世紀(jì)80年代初，經(jīng)科研人員初步研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素具有抗血吸蟲的作用。臨床證實，青蒿素及其衍生物在治療瘧疾的過程中，并沒有發(fā)現(xiàn)特別明顯的不良反應(yīng)。2011年9月屠呦呦因創(chuàng)制新型抗瘧藥——青蒿素和雙氫青蒿素的貢獻，獲得被譽為諾貝爾獎“風(fēng)向標(biāo)”的拉斯克獎。這是中國生物醫(yī)學(xué)界迄今為止獲得的世界級最高級大獎。

青蒿素具有速效和低毒的特點，曾被世界衛(wèi)生組織稱作是“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”。它對鼠瘧原蟲紅內(nèi)期超微結(jié)構(gòu)的影響，主要是瘧原蟲膜系結(jié)構(gòu)的改變。其抗瘧疾作用機理主要是在治療瘧疾的過程中通過青蒿素活化產(chǎn)生自由基，自由基與瘧原蛋白結(jié)合，作用于瘧原蟲的膜系結(jié)構(gòu)，對瘧原蟲的細胞結(jié)構(gòu)及其功能造成破壞，且細胞核內(nèi)的染色質(zhì)也受到一定的影響。青蒿素還能使瘧原蟲對異亮氨酸的攝入量明顯減少，從而抑制蟲體蛋白質(zhì)的合成。

石油醚的名片

在天然、綠色大行其道的當(dāng)下，人工、合成、化工的標(biāo)簽似乎在人前抬不起頭來。不過，在青蒿素這一神奇的天然藥物背后，還躲著一個無名戰(zhàn)士——石油醚。

石油醚（Petroleum ether）又名石油精，在青蒿素的生產(chǎn)過程中，是作為一種溶劑而存在的。它是一種輕質(zhì)石油產(chǎn)品，為無色透明液體，有煤油氣味。石油醚主要由戊烷和己烷組成，含有少量不飽和烴，不溶于水，溶于無水乙醇、苯、氯仿、油類等多數(shù)有機溶劑。石油醚易燃易爆，與氧化劑可強烈反應(yīng)，所以從生產(chǎn)，貯運到使用，都必須嚴(yán)格注意防止火災(zāi)的發(fā)生。

石油醚通常用鉑重整抽余油或直餾汽油經(jīng)分餾、加氫或其他方法制得，一般有30～60℃、60～90℃、90～120℃等沸程規(guī)格。同樣是從石油中得到的，但石油醚與汽油、柴油物理化學(xué)性質(zhì)不同，用途也有很大區(qū)別。石油醚主要用作香料、油脂等的萃取劑和精制溶劑，如有機溶劑及色譜分析溶劑，有機高效溶劑、醫(yī)藥萃取劑、精細化工合成助劑等，也用作發(fā)泡塑膠的發(fā)泡劑和藥物、香精的萃取劑。石油醚也可用于有機合成和化工原料，用于有機合成和化工原料，如制取合成橡膠、塑料、錦綸單體、合成洗滌劑、農(nóng)藥等。

關(guān)于石油醚，還有一個謎一樣的問題，那就是石油醚的化學(xué)結(jié)構(gòu)中沒有醚鍵（C-O-C）。將其稱為“醚”，其實是一種古老的叫法。石油醚是從石油里提煉出來的，極性與醚類相當(dāng)，當(dāng)時人們并不清楚它的成分，以為它就是醚類物質(zhì)，所以就將其稱作“醚”，并一直延續(xù)至今。

青蒿素的發(fā)現(xiàn)和“523”項目

上世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)了抗藥性的瘧原蟲，尤其是東南亞和非洲地區(qū)甚至已到了無有效藥物可用的地步，而當(dāng)時的越南戰(zhàn)爭則更凸現(xiàn)這一問題的嚴(yán)重性。越南方面向中國提出了協(xié)助解決瘧疾困擾的請求，中國領(lǐng)導(dǎo)人接受了，并確立了由全國多部門參加、以瘧疾防治藥物研究為主要任務(wù)的代號“523”的緊急軍工項目。項目為解決抗藥性的問題除注意化學(xué)合成新化合物外，更期望從中藥中發(fā)現(xiàn)新的抗瘧有效成分。正是在“523”項目的組織下各參加單位數(shù)年間篩選了數(shù)以百計的中草藥藥材，從中獲得了一批有效單體，再從抗瘧活性、毒性和植物資源等方面的因素選出了青蒿素作為重點研究對象。

早在晉代葛洪的《肘后備急方》的《治寒熱諸瘧第十六》中，中藥青蒿的抗瘧作用就已經(jīng)被提及，但藥材青蒿所指的植物并不明確，直至1977年版的《中華人民共和國藥典》中還稱包括青蒿（Artemisia apiacea Hance）和黃花蒿（Artemisia annua L.）。這兩種植物，后來知道僅在黃花蒿中含有青蒿素，因此以后版本藥典的青蒿就僅指植物黃花蒿，即使是黃花蒿，其中青蒿素的含量也與產(chǎn)地大有關(guān)系，歐美和中國北方乃至東部產(chǎn)的黃花蒿中青蒿素含量很低。即便中國西南地區(qū)產(chǎn)的高含量黃花蒿中，青蒿素的含量也僅0.6%～1.1%。相對于金雞納樹皮中含有5%的奎寧生物堿來講，青蒿素的發(fā)現(xiàn)就要困難得多了。

上世紀(jì)60年代曾進行過中藥青蒿的分離研究，但未有所獲，有可能是所取藥材不對或提取條件不合適。1971年發(fā)現(xiàn)市售青蒿用乙醚提取得到的提取液殘渣對鼠瘧原蟲的抑制率可達100%，而且在初步的臨床試驗中也取得了較好的效果。1972年8月，屠呦呦帶隊在海南島觀察乙醚中性提取物的臨床療效，組員倪慕云、鐘裕蓉以及助手崔淑蓮在所里進行有效單體的分離。鐘裕蓉按文獻方法用硅膠柱層析，石油醚—乙醚（后改為石油醚—乙酸乙酯）梯度洗脫，分離乙醚中性提取物。于1972年11月8日，分離得到3種結(jié)晶，命名為No1（針晶Ⅰ）、No2（針晶Ⅱ）和No3（結(jié)晶Ⅲ）。藥理室的葉祖光等人做鼠瘧篩選，證實針晶Ⅱ是唯一有抗瘧作用的單體，可使瘧原蟲全部轉(zhuǎn)陰。中藥研究所后來將此針晶Ⅱ命名為“青蒿素Ⅱ”，后稱青蒿素。

不久之后，發(fā)現(xiàn)了四川（現(xiàn)重慶）酉陽產(chǎn)的黃花蒿含有較其它地區(qū)高得多的青蒿素，后來在酉陽建立了第一家噸級規(guī)模的青蒿素生產(chǎn)廠。

受屠呦呦研究成果的啟發(fā)，云南省藥物研究所用石油醚從苦蒿中提取出青蒿素，于1 974年1 0月交給李國橋的小組進行臨床驗證。在臨床驗證階段，李國橋團隊在云南瘧疾流行區(qū)治愈了3例重癥瘧疾和大量普通瘧疾。1975年1月底，李國橋回到廣州后完成了青蒿素驗證報告，在3月份的“523”項目全國中草藥協(xié)作會議上做了報告。全國各機構(gòu)經(jīng)過幾年的努力，最后在1 978年完成了青蒿素項目的驗收。

研究還在繼續(xù)

除了石油醚，現(xiàn)在已經(jīng)有了更先進的技術(shù)來支持青蒿素的發(fā)展。

全球?qū)汞懠菜幬镄枨蠛芨?，但大批量廉價生產(chǎn)始終還做不到，因為青蒿生長的地域和數(shù)量受限。為此，世界各地的科學(xué)家將研究重點放在了原材料的開拓方面。德國馬克斯普朗克研究所（Max Planck Institute，簡稱“MPI”）分子植物生理學(xué)研究所專家發(fā)明了從煙草中提取青蒿素的方法，從而可以滿足大批量廉價生產(chǎn)抗瘧疾藥物的需要。

科研小組把這種新方法稱作COSTREL：先將青蒿素合成中關(guān)鍵酶的基因轉(zhuǎn)移到煙草植物的葉綠體遺傳細胞中，改變?nèi)~綠體基因，然后產(chǎn)生所謂的葉綠體轉(zhuǎn)化煙草。接著在篩選出的最佳葉綠體轉(zhuǎn)化煙草中，將另一組添加的基因注入植物細胞核內(nèi)，這種添加的基因可調(diào)節(jié)煙草物質(zhì)代謝途徑，并提高青蒿素含量。研究小組對600多種具有不同青蒿素物質(zhì)轉(zhuǎn)化基因的煙草進行了試驗，從中發(fā)現(xiàn)了每公斤能提取120毫克青蒿素。

瘧疾是一種危害性極大的熱帶傳染病，每年要奪走約50萬人生命。在可預(yù)見的未來，青蒿素仍將成為抗擊瘧疾的主要和最有力武器。利用煙草提取青蒿素，可以低成本大批量生產(chǎn)抗瘧疾藥，滿足發(fā)展中國家的患者需求。先進的基因技術(shù)，將會使生產(chǎn)出更多的青蒿素成為可能，挽救更多人的生命。當(dāng)然，青蒿素的提取，仍然離不開溶劑——石油醚。

隨著時間的推移，青蒿素的抗腫瘤、增強非特異性免疫、抗真菌等作用逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。在臨床上，青蒿素與冬蟲夏草合用，可以抑制狼瘡腎炎的復(fù)發(fā)，以達到保護腎臟的功效。可以肯定的是，青蒿素等類似天然藥物將會被更多地應(yīng)用于臨床療效中，繼續(xù)它的神奇之旅。而石油醚，這個躲在青蒿素身后的無名英雄，則將在挽救更多人生命的道路上繼續(xù)努力，越走越遠。