《青蒿素的研究与开发》

1、 PAGE 8 青蒿素的开发与研究论文青蒿素的研究与开发 摘要：青蒿素类抗疟药物的发现是全球抗疟药物发展史上继奎宁之后的又一里程碑,它是在科研计划组织下,全国多部门、多学科尽心协作、相互配合取得的重大成果,是继承发扬我国传统医药宝库的成功范例。青蒿素是含有过氧桥的新型倍半萜内酯, 其衍生物有青蒿琥酯、蒿甲醚和二氢青蒿素等。青蒿素是有效的疟疾治疗药物, 此外它还具有抗肿瘤、抗寄生虫、影响免疫等药理作。关键词： 青蒿素 抗疟疾 药理作用 中药过氧化合物Key words qinghaosu (artemisinin) ; malaria ; Chinese traditional medicine

2、青蒿素的来源 青蒿素是从菊科艾属草本植物青蒿和黄花蒿中提取出来的抗疟有效成分。青蒿(主要指黄广泛分布于我国南北各地, 资源非常丰富。早在公元300 多年, 东晋葛洪的肘后备急方中就有青蒿的记载, 以后历代医籍及本草中均有用单味青蒿或青蒿复方截疟的记载, 如径济总录以青蒿汤治脾疟寒热、善呕、多汗,丹溪心法、普济方等中以青蒿为主的方青蒿丸、青蒿散、祛疟神应丸、青蒿鳖甲煎等治疗疟疾。神农本草经、本草拾遗、纲目以及长沙马王堆古墓出土的五十二病方中都有青蒿治疟的具体记述3。民间至今仍有用青蒿捣汁、水煎、酒浸、研末服用或塞鼻等多种方法预防及治疗疟疾。1971 年我国中医研究院中药研究所, 从中药青蒿中找到

3、了抗疟有效部位, 随后分离出了抗疟有效单体青蒿素。1974 年等临床上成功地应用青蒿素救治恶性疟和脑型疟。此后成立了全国性的青蒿素研究协作小组, 从资源、临床、药理、化学结构、制剂、合成、生产工艺、质量规格及标准等方面进行了深入系统的研究。1989 年昆明制药厂成功地生产出青蒿素甲醚(简称蒿甲醚) 注射液4。世界卫生组织委托疟疾临床研究的重点单位泰国热带病研究院, 使用蒿甲醚注射液治疗疟疾, 结果表明该剂杀虫速度快、疗效好、毒性低。该产品已由中国国际信托投资集团公司技术公司、中国医药保健品进出口总公司等8 家公司代理出口事宜, 成为我国第一个经世界卫生组织认可生产出口的化学药品。目前国内还有广

4、州星群制药厂、桂林制药二厂等厂家已经批量生产青蒿素系列药物, 而原料青蒿已由采集野生资源发展到了人工栽培阶段。 国外以日本对青蒿素的研究较早较多。从50 年代起, 竹本常松、中岛正等曾对黄花蒿的挥发油部分进行研究5, 从中分离L -樟脑、桉树脑、黄花蒿酮、L - B- 黄花蒿醇的醋酸脂从挥发油 低沸点部分离心得己醛和L - A- 蒎烯, 由高沸点部分离析得苯甲醇乙酸酯、A二甲基丁酯、枯茗醛、含氧石竹烯和二十五烷。此外还得到醛和酮类化合物, 并认为尚含有单萜醇及倍半萜醇类化合物。1973年南斯拉夫D Germ ic 等报导青蒿中含有倍半萜内酯。报导1, 法国罗纳普朗罗雷制药公司已研究出并着手开发

5、青蒿素产品; 澳大利亚研究人员已从青蒿中成功地分离出一种药效比原青蒿高出3 倍的物质, 而且这种新药可以用于治疗对奎宁等传统药物具有抗药性的疟疾。此外, 近年来国外对青蒿的同属植物也进行了大量的化学研究, 在它们的茎叶中分离了若干倍半萜内酯的化合物, 企图找出它们生源学关系, 进行化学分类。 总之, 青蒿素的研究已引起国际上的高度重视, 此项工作正在国内外持续深入地开展着, 它为今后寻找和研制更有效的抗疟药开辟了一条新途径。青蒿素的理化性质先从青蒿素的分离、提取说起,青蒿素在药材青蒿中的存在有其特殊状况,中药药材包括两种植物： 黄花蒿( Artemisia annua) 和青蒿( Artemi

6、sia apiacea)或者更多。青蒿素分子式C15H22O5 ,分子量282. 34,无色针状晶体,熔点: 150153,比旋光度D 青蒿素结构测定 为+ 68 ( c = 1. 0, CHCl3 ) 。属倍半萜4, 52碳碳键断开的杜松烷( cadinane)结构类型,含7个立体异构源中心( 手性中心) , 具有独特的三噁烷结构单元和有趣的C OO C O C O C O 原子链,形成过氧缩酮、缩醛和内酯的串联组合。X光晶体衍射显示5个氧原子集中在分子的一侧(图3) 。 药理活性 抗疟是青蒿素类药物最原始的药理作用. 关于其作用机制, 目前占主流的是“两步作用学说”: 青蒿素的过氧基被活化

7、产生自由基, 自由基与疟蛋白形成共价复合物, 使疟蛋白失而产生抗疟活性。研究者用青蒿素1 与含Fe2+ 的物质进行体外模拟实验分别得到化合物2 (去氧青蒿素) , 化合物3 和化合物4(如图所示) : 以Fe2+ 为催化剂, 青蒿素在体内降解产生自由基的过程, 有两条途径可分别产生化合物3 和4 (如图路线1: Fe2+ 催化使O 1- O 2 键断裂, 产生的自由基5 经过C3- C4 键的断裂产生自由基7, 后者在无烷化底物时失去Fe2+ 生成化合物3。路线2: RO 1自由基能通过H4A的1, 5 氢转移成为仲C4。青蒿素和铁作用首先形成自由基5 和6(二者处于相互交换的平衡中)。中间活

8、性物质7 和8 可能是潜在的烷化剂, 致使疟原虫死亡。可见, 过氧键是该类化合物具有抗疟活性的关键因素, 但过氧键周围的结构应利于亚铁离子接近并活化过氧键进一步产生仲碳自由基烷化剂。但是,“两步作用学说”的提出和完善还需要更多的研究来证证。 与一般过氧化合物不同,青蒿素是一个比较稳定的化合物,室温下可长期保存, 190时过氧裂解生成重排产物。通常在稀酸条件下过氧基团不受影响,而碱性条件下则过氧基团极易断裂生成多种产物。青蒿素最引人关注的反应是它的还原反应(图5) ,氢化还原得脱氧青蒿素,醋酸2锌粉、醋酸2碘化钠和电化学还原也可得脱氧青蒿素( deoxyqinghaosu) ,但后两个反应产率不

9、高。脱氧青蒿素尽管只失去一个氧原子,但抗疟活性完全丧失,这是过氧基团为青蒿素抗疟活性基团最早的证明。青蒿素的硼氢试剂还原则能在完全保留过氧基团的情况下,选择性地还原内酯得内半缩醛的二氢青蒿素( dihydroqinghaosu) 。二氢青蒿素为122位和2羟基的混合物(约4: 6) ,它保留了过氧基团,也同时显示比青蒿素更高的抗疟活性,这进一步说明过氧基团是青蒿素抗疟作用的关键活性基团。与此同时,二氢青蒿素也使青蒿素衍生物的制备成为可能。硼氢化钠还原青蒿素得到二氢青蒿素这一反应在学术上也是一个十分有意义的现象,因为在这一反应条件下(甲醇溶液中05) ,一般的内酯不能被还原,即使结构十分接近的脱

10、氧青蒿素也不能被还原,脱氧青蒿素只能由通常的内酯还原试剂二异丁基铝氢还原成脱氧二氢青蒿素( deoxydihydroqinghaosu) 。 青蒿素独特的结构和突出的生物活性自然而然地引起了有机合成界的瞩目。1978年上海有机所开始了青蒿素全合成的探索,差不多同时瑞士Hoffmann2La Roche公司从WHO获悉青蒿素后也开展了合成工作。1982年初, Hoffmann2La Roche报道了由异胡薄荷醇合成到青蒿素,稍后上海有机所也报道由青蒿酸合成到了青蒿素,关键一步都采用了单线态氧在烯醇甲醚上的加成,从而引进青蒿素的过氧基团。此后至2003年,国内外前后共发表了十来条青蒿素的合成路线,

11、但在引入过氧基团一步上总是产率不高,而且有时还很难重复。青蒿素的合成至今仍是有机合成界一个挑战性的课题,而其关键问题正是有待引入过氧基团新方法的出现。青蒿素的应用现状 青蒿素类药物的研究成功, 是抗疟药物研究史上继喹啉类和吖啶类之后的一大突破, 也是我国中西药结合继承发扬祖国医药学遗产的一项重大科研成果。可以肯定, 随着分离理论和技术的日趋完善, 以及分离设备与光谱仪和计算机的联接作用, 青蒿素类药物的研究和生产必将更加慎密而飞速的发展。青蒿素的用途 青蒿素类化合物是一种与过去抗疟药作用机制完全不同的新型药物, 目前衍生物主要有二氢青蒿素蒿甲醚、蒿乙醚及青蒿琥酯。 1.抗肿瘤 (1) Fe2+

12、 介导产生自由基, 选择杀伤细胞。 (2) 直接杀伤肿瘤细胞。 (3) 阻滞细胞周期, 诱导细胞凋亡。 (4) 抑制肿瘤血管生成。 2.抗寄生虫作用（1）抗疟疾抗疟是青蒿素类药物最原始的药理作用. 关于其作用机制, 目前占主流的是“两步作用学 说”: 青蒿素的过氧基被活化产生自由基, 自由基与疟蛋白形成共价复合物, 使疟蛋白失活而产生抗 疟活性。（2）抗弓形虫弓形虫是人兽共患病的专性细胞内寄生原虫, 研究表明青蒿素能明显抑制弓形虫侵入细胞。作用靶点为虫体细胞膜, 线粒体和细胞核, 从而损伤膜系结构, 造成核膜断裂、线粒体肿胀、甚至出现核碎裂, 核溶解现象。（3)抗血吸虫 青蒿素及其多种衍生物均

13、有抗血吸虫作用。它能有效杀灭进入宿主体内的幼虫, 降低血吸虫的感染率和感染程度, 如用于日本血吸虫的早期预防与治疗。一般认为, 其活性基团仍是过氧桥, 作用机理是影响糖类的代谢。(4）抗卡氏肺孢子虫动物实验表明, 青蒿素可抗大鼠的卡式肺孢子虫。目前, 效果较好的衍生物是双氢青蒿素青蒿琥脂。青蒿素类化合物主要破坏卡氏肺孢子虫的膜系结构, 表征为表膜的微绒毛脱落变形, 孢子虫滋养体 3对免疫系统的影响一些学者认为, 青蒿素及其衍生物对体液免疫有抑制作用, 对细胞免疫有促进作用。并且其免疫作用与剂量有一定的关系, 剂量小时, 免疫作用增强; 剂量大时, 免疫作用受到抑制。这些研究为治疗自身免疫性疾病

14、提供了依据, 比如治疗系统性红斑狼疮等。目前, 青蒿素类药物对免疫系统作用的研究还处于初步阶段。青蒿素类化合物还有抗肺组织纤维化、抗孕、抗心律失常, 抑制心肌收缩力、抗流感等作用。 由于青蒿素类药物当前的目标市场主要在国外，我们的竞争对手主要的是已占有先机的西方医药公司。这就要求我们必须具有足够强大的外销能力。随着我国企业的13趋成熟，现在一些企业(如昆明制药厂)已开始在非洲建立自己的商务办事处，加大对非洲市场的开发力度了。加人世贸组织后，我们的对外出口将处于更加有利的形势。 青蒿素类药是我国科学家利用传统中草药自主研制的抗疟特效药。1995 年蒿甲醚率先载入国际药典, 这是我国研制的新药首次

15、得到国际认可。至今已有5 个抗疟类药物(青蒿素、蒿甲醚、复方蒿甲醚、青蒿琥酯、双氢青蒿素) 9 种剂型在世界各国销售。青蒿素类药物价格低廉, 有广谱抗癌性, 药理作用广, 毒副作用少。其作用机制独特, 可以逆转肿瘤细胞的多药耐药, 并与长春新碱、多柔比星、甲氨蝶呤等传统抗癌化疗药起到协同、增效的效果。但是, 在国际抗疟药市场上, 青蒿素类药物尚占不到1% 的份额。主要原因是青蒿素原料缺乏, 目前尚未找到合适的人工合成工艺。并且, 青蒿素在体内半衰期短, 因此服用次数多, 复发率高(约为10% )。青蒿素类药物有广阔的前景, 国内外已经掀起了青蒿素及其衍生物的开发与应用的研究热潮。 参考文献 1

16、 刘静明,倪慕云,樊菊芬,等. 化学学报, 1979, 37 (2) : 129 2 梁晓天,于德泉,WuW L,等. 化学学报, 1979, 37 (3) : 215 3 Jeremic D, Jokic A,Behbud A, et al. Tetrahedron Lett, 1973: 14 (32) : 3039 4 UskokovieM R,Williams T H,Blount J F. Helv Chim Acta, 1974, 57 (3) : 600 5 中国科学院生物物理研究所青蒿素协作组. 中国科学, 1979 (11) : 1114 6 Jeremic D, Jokic A,Behbud A, et al. The 8 th International Symposium On Chemistry of Natural Products. p. 222, New Delhi, 1972 7 曹培国, 王肇炎. 青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用J . 肿瘤防治杂志, 2004, 11 (6) : 666- 668. 8 钱海洪, 胡义德. 青蒿素类药物抗肿瘤作用机制的研究进展J . 中华肿瘤防治杂志, 2006, 13 (11) : 867- 8