職業(yè)教育論文-繼承和發(fā)揚(yáng)相結(jié)合—中藥青蒿的研究過(guò)程與啟迪.doc

職業(yè)教育論文-繼承和發(fā)揚(yáng)相結(jié)合中藥青蒿的研究過(guò)程與啟迪作者：陳毅平，牛曉靜，陳雙英【摘要】青蒿素是由我國(guó)科學(xué)家于1970年從傳統(tǒng)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(kāi)發(fā)了一系列衍生物、類(lèi)似物等。青蒿素是從傳統(tǒng)植物中提取得到藥物的典范，深入透徹地學(xué)習(xí)和繼承中藥青蒿的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展過(guò)程，對(duì)研究開(kāi)發(fā)更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)，加快中藥現(xiàn)代化和產(chǎn)業(yè)化有重要的啟迪作用?！娟P(guān)鍵詞】青蒿青蒿素發(fā)現(xiàn)及發(fā)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(jié)構(gòu)式如圖1）是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)植物化學(xué)藥品，也是中國(guó)唯一被世界衛(wèi)生組織認(rèn)可的按合成藥研究標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的中藥。臨床研究證明對(duì)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(duì)其它抗瘧藥有耐藥性的病人。青蒿素的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展以及臨床上的應(yīng)用，對(duì)醫(yī)藥化學(xué)的發(fā)展曾起了積極的推動(dòng)作用。1青蒿素的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展史1.1青蒿素的發(fā)現(xiàn)青蒿素的發(fā)現(xiàn)得益于傳統(tǒng)中醫(yī)藥學(xué)，早在古代就有對(duì)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(nóng)本草經(jīng)及本草綱目等醫(yī)籍本草均有以復(fù)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(yī)藥抗瘧始終沒(méi)有形成優(yōu)勢(shì)并在全球得以推廣。圖1青蒿素結(jié)構(gòu)式（略）20世紀(jì)60年代瘧疾大肆流行，瘧原蟲(chóng)對(duì)王牌抗瘧藥氯喹產(chǎn)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(guó)中醫(yī)研究院的科學(xué)家于1969年通過(guò)有關(guān)防治疾病的古代文獻(xiàn)和民間單方，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，1971年發(fā)現(xiàn)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(zhì)青蒿素，1973年經(jīng)臨床研究取得與實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)果，抗瘧新藥青蒿素由此誕生。1976年周維善等經(jīng)研究證明其為一種含有過(guò)氧基的新型倍半萜內(nèi)酯。這項(xiàng)研究曾被國(guó)外專(zhuān)家譽(yù)為“20世紀(jì)后半葉最偉大的發(fā)明”。1985年，青蒿素注射劑在臨床實(shí)驗(yàn)中取得了良好的效果。1986年青蒿素獲得一類(lèi)新藥證書(shū)，并獲得“國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)”。1.2青蒿素類(lèi)藥物的發(fā)展史在研究青蒿素的構(gòu)效關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，青蒿素結(jié)構(gòu)中的過(guò)氧基是產(chǎn)生抗瘧作用的必需基團(tuán)，內(nèi)酯環(huán)的羰基還原成羥基時(shí)可增效，因此保留過(guò)氧鍵，經(jīng)三類(lèi)反應(yīng)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(chǎng)。1976年，廣西桂林制藥廠(chǎng)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(chǔ)上合成了3個(gè)羧酸酯，3個(gè)磺酸酯和7個(gè)醚類(lèi)化合物。經(jīng)過(guò)篩選和臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，804衍生物青蒿琥酯(Artesunate)（以其實(shí)驗(yàn)室804命名）可解決水溶性的問(wèn)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(diǎn)，是為搶救危重病人的生命而優(yōu)先開(kāi)發(fā)的，并獲得了專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)（專(zhuān)利號(hào)：CN851007813）。青蒿琥酯原料是在我國(guó)實(shí)行“新藥審批辦法”以來(lái)被衛(wèi)生部批準(zhǔn)的第一個(gè)一類(lèi)新藥，1987年發(fā)給了001號(hào)新藥證書(shū)和生產(chǎn)批件，由桂林制藥廠(chǎng)發(fā)明并獨(dú)家生產(chǎn)3，4。WHO瘧疾化療科學(xué)工作組主席認(rèn)為：“這一新的發(fā)現(xiàn)更重要的意義在于發(fā)現(xiàn)這種化合物獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，它將為進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成新的藥物指出方向?！背酥猓瑖?guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者也對(duì)青蒿素進(jìn)行了大量的研究，合成了許多衍生物及類(lèi)似物，有許多抗瘧活性超過(guò)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(yīng)，合成其醚類(lèi)，羧酸酯，碳酸酯類(lèi)等衍生物47個(gè)，其中有12個(gè)抗瘧活性超過(guò)青蒿素10倍。虞佩琳等6合成了42個(gè)側(cè)鏈上帶有鹵素、氮或硫取代的化合物，多數(shù)化合物抗瘧活性超過(guò)青蒿素，但并未超過(guò)相應(yīng)的無(wú)雜原子取代的衍生物。而國(guó)外的學(xué)者對(duì)青蒿素類(lèi)似物和簡(jiǎn)化物的合成做了相對(duì)較多的研究，包括：過(guò)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(guò)氧化環(huán)己酮及其衍生物或臭氧化相應(yīng)的環(huán)己酮甲氧基肟的方法合成了數(shù)十個(gè)四惡烷類(lèi)化合物，其中水溶性臭氧化物（0OZ277）已進(jìn)入臨床試驗(yàn)，有望成為新一代抗瘧藥物。這幾類(lèi)化合物原料易得、易于合成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，代表了新型抗瘧藥物的發(fā)展趨勢(shì)，而其最終的作用機(jī)制、作用受體或靶點(diǎn)仍需要深入研究。同時(shí)，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(xué)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(fā)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(guò)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(jī)溶劑提取法17工藝簡(jiǎn)單，易于批量生產(chǎn)；然而由于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的提取和濃縮，易使過(guò)氧鏈破壞，收率降低，且易燃易爆，污染大，提取周期長(zhǎng)。“丙酮-硅膠柱層析法”18在原料含量為0.1%時(shí)可采用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但提取工藝繁雜，大批量生產(chǎn)困難。稀乙醇法19工藝流程短、操作簡(jiǎn)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(lái)還有報(bào)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(wú)殘留溶劑，溶劑用量少；而所需設(shè)備條件比較高，不利于批量生產(chǎn)。由于其他的方法在工業(yè)化生產(chǎn)中仍存在不足，目前采用的較多的仍是有機(jī)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(cè)定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上開(kāi)始了青蒿素合成的研究，1983年完成了青蒿酸經(jīng)7步反應(yīng)合成青蒿素的全過(guò)程25。1992年Acton和Roth對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，縮短了反應(yīng)歷程，共有三步組成：用NaBH4或NiCl氫化還原；光氧化過(guò)程；空氣氧化過(guò)程，總收率可提高到32%26。而這一反應(yīng)路線(xiàn)與植物的生物合成途徑比較接近，可用來(lái)解釋青蒿素在植物體內(nèi)合成的可能機(jī)制，綜合利用可以提高植物中青蒿素的含量。同時(shí)青蒿素的全合成也在1983年完成，Schmil等27首先報(bào)道以（-）-異薄勒醇為原料經(jīng)13步反應(yīng)完成，總產(chǎn)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(jìn)行青蒿素的全合成28。青蒿素的全合成在產(chǎn)量上雖高于人工栽培，但合成技術(shù)要求比較高，合成步驟多，總收率不高，而半合成收率相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，比全合成在大批量生產(chǎn)上有應(yīng)用前景。隨著基因工程、細(xì)胞工程、生物工程等的應(yīng)用，利用植物組織培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)青蒿素或利用青蒿素前提生物合成青蒿素的技術(shù)，在大規(guī)模生產(chǎn)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(guān)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(yǎng)體系包括：青蒿芽、青蒿毛狀根、青蒿發(fā)根膿桿菌和生物反應(yīng)器培養(yǎng)等，SouretFF小組31探索了霧化反應(yīng)器、鼓泡反應(yīng)器與流化床生物反應(yīng)器對(duì)工業(yè)化青蒿毛狀根基因表達(dá)的不同，為生物反應(yīng)器的商業(yè)化應(yīng)用提供了一定的依據(jù)。美國(guó)科學(xué)家最近成功地用轉(zhuǎn)基因酵母合成了青蒿酸32。利用微生物合成，有望降低生產(chǎn)成本，但是目前還需要進(jìn)一步的優(yōu)化體系以及探索工業(yè)化大生產(chǎn)的條件。因此，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)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(yīng)條件并減少合成步驟是今后研究的重點(diǎn)方向之一。3藥理研究目前，由于不同的學(xué)者所采用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)條件不同，對(duì)于青蒿素的抗瘧機(jī)制并沒(méi)有統(tǒng)一的解釋。早期的超微結(jié)構(gòu)研究表明，青蒿素主要作用于瘧原蟲(chóng)的膜系結(jié)構(gòu)33。兩步學(xué)說(shuō)認(rèn)為34：與Fe2+的存在有重要關(guān)系，機(jī)體內(nèi)鐵能催化其過(guò)氧橋結(jié)構(gòu)的分解,產(chǎn)生自由基,進(jìn)而損傷蟲(chóng)體細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)達(dá)到抗瘧目的。然而ParapiniS等35研究認(rèn)為Fe2+不存在時(shí)，仍具有抗瘧活性。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，血紅素能催化青蒿素的還原分解，從而抑制了血紅素的內(nèi)化，阻斷瘧原蟲(chóng)對(duì)鐵離子和蛋白質(zhì)的利用36。還有學(xué)者提出是可能與抑制了瘧原蟲(chóng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶的活性有關(guān)37。也有些學(xué)者觀察到青蒿素可能與瘧原蟲(chóng)DNA分子相互作用，從而引起瘧原蟲(chóng)的死亡38，39，而蟲(chóng)體DNA、瘧蛋白是藥物靶點(diǎn)的觀點(diǎn)還需要更多的實(shí)驗(yàn)根據(jù)加以證實(shí)，不過(guò)現(xiàn)已成為研究者關(guān)注的新方向。隨著對(duì)青蒿素類(lèi)藥物藥理作用研究的不斷深入，已證實(shí)在抗瘧、抗孕、免疫調(diào)節(jié)、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(diǎn)方向之一。1991年鄧定安40首先報(bào)道了青蒿酸衍生物對(duì)小鼠白血病P388細(xì)胞有殺傷作用。后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，青蒿素及其衍生物對(duì)多種腫瘤細(xì)胞都有殺傷作用41，42，包括：黑色素瘤細(xì)胞，腎癌細(xì)胞，中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞，肺癌細(xì)胞，卵巢癌，乳腺癌，肝癌等，而且不同的衍生物對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用強(qiáng)度不同，同一種衍生物對(duì)不同類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞作用強(qiáng)度也不同，具有較高的選擇性。Efferth等43研究青蒿琥酯對(duì)55種人體腫瘤細(xì)胞的抗癌活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)白血病及結(jié)腸癌細(xì)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(jīng)系統(tǒng)腫瘤及腎癌細(xì)胞等，非小細(xì)胞肺癌敏感性最差。其抗腫瘤作用機(jī)制是多方面的，主要包括：抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，通過(guò)自由基的產(chǎn)生及氧化應(yīng)激直接殺傷腫瘤細(xì)胞，抑制腫瘤血管生成，逆轉(zhuǎn)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(yīng)用還需要解決很多方面的問(wèn)題，如對(duì)腫瘤細(xì)胞作用的靶點(diǎn)、腫瘤蛋白的表達(dá)調(diào)控等需要深入研究；選擇抗癌作用強(qiáng)、抗癌譜廣的化合物；抗腫瘤活性的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究、臨床應(yīng)用研究等44。4展望“中國(guó)醫(yī)藥學(xué)是一個(gè)偉大的寶庫(kù)”。幾十年來(lái)我國(guó)的合成藥物多為仿制藥，僅抗瘧藥青蒿一例為我國(guó)發(fā)現(xiàn)的全新藥物。盡管?chē)?guó)外已有了組合化學(xué)，高通量篩選研制新藥，而從我國(guó)國(guó)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(rèn)。重溫青蒿的研究歷史，我們要在此基礎(chǔ)上對(duì)其藥理、化學(xué)成分、生物合成、類(lèi)似物合成等方面進(jìn)行充分挖掘、開(kāi)發(fā)，為傳統(tǒng)中藥現(xiàn)代化開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)性的典范作用，提高中藥在世界上的地位，從而使傳統(tǒng)中藥走向產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1屠呦呦，倪慕云，鐘裕容，等.中藥青蒿化學(xué)成分的研究J.藥學(xué)學(xué)報(bào).1981,16(5)：366.2劉旭.抗瘧藥青蒿琥酯的合成方法J.發(fā)明專(zhuān)利公報(bào),1986,2(14):5.3劉旭.青蒿素衍生物的研究J.藥學(xué)通報(bào),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(lèi)似物的研究.還原青蒿素的醚類(lèi)、羧酸酯類(lèi)及碳酸酯類(lèi)衍生物的合成J.藥學(xué)學(xué)報(bào),1981,16（6）：429.6虞佩琳,陳一心,李英,等.青蒿素類(lèi)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(xué)學(xué)報(bào),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