青蒿素类药物的发展历史＊

王满元

副教授，首都医科大学中医药学院，北京 100069

由于青蒿素的发现和在抗疟领域的使用，在全球范围内，特别是在发展中国家，挽救了几百万疟疾患者的生命，2011年度美国拉斯克临床医学奖颁给了屠呦呦研究员。为了帮助读者更好地了解青蒿素类药物，本文对世界卫生组织推荐的一线抗疟药物——青蒿素类药物的发展历史做一简要概述。

2011年9月12日，美国拉斯克基金会宣布，“因发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物”中国中医科学院屠呦呦研究员获得了2011年拉斯克临床医学奖。拉斯克奖在生物医学领域具有广泛的影响力，青蒿素获奖的消息一时间激起了国内外对该类药物以及青蒿素发明过程的广泛关注，青蒿素类药物不仅对恶性疟原虫以及多药抗性疟原虫有高效杀灭作用，对脑性疟也有治疗作用。笔者期望通过粗浅介绍青蒿素类药物的历史，起到抛砖引玉的作用，加深读者对该类药物的认知程度。图1为常见青蒿素类药物的化学结构示意图。

图1 青蒿素类药物的化学结构示意图

20世纪50年代，科学家们曾很乐观地认为疟疾能够被消灭，因为通过使用二氯苯基三氯乙烷（DDT）和其他蚊虫杀灭剂使疟疾及有关疾病发病率明显下降。但由于蚊子生存历史久远，对环境有很强的适应能力，导致蚊子很快对所用的杀虫剂产生抗药性。另一方面，历史上曾认为疟疾无除人以外的储虫宿主，因而以为只要在人群中杀灭原虫，即使不能完全消灭，至少也可显著降低疟疾的传播。基于这种观点，在世界许多地区进行了集体预防用药，包括泰国和南美的部分地区，但也正是这两个地区首先报导了对氯喹的抗性。蚊子的抗药性加上疟原虫的抗药性使疟疾更加难以控制。时至今日，疟疾仍是世界上虫媒传染病中发病率和死亡率最高的疾病之一。据世界卫生组织（WHO）2011年世界疟疾报告数据［1］，2010年全球106个疟疾流行国家和地区共有2.16亿疟疾病例，死亡65.5万人，其中86%的受害者是5岁以下的儿童。

1 中药青蒿简介

青蒿为常用中药，是一年生菊科植物黄花蒿Aretemisia annua L.的干燥地上部分。青蒿资源是中国具优势的药材资源。中药青蒿具清虚热、除骨蒸、解暑热、截疟、退黄之功效，在中国有两千多年的沿用历史。青蒿入药最早见于马王堆三号汉墓（公元前168年，汉文帝十二年）出土的帛书《五十二病方》用于治疗痔疮。中国现有最早的本草学专著——《神农本草经》以草蒿为青蒿之别名，列为下品。中药青蒿为传统清热解暑药，其功用在历代本草中均有记载。如《图经本草》载“青蒿，治骨蒸潮热，古方多单用之”。关于青蒿抗疟的记载，首见于一千多年前东晋葛洪所著《肘后备急方》。其后，本草、方书屡有记载，民间相应也有应用［2－6］。近代以来，中药青蒿除以传统饮片复方配伍应用外，也有不少含有青蒿的中成药面世。由于青蒿素的明星效应，青蒿已成为一味著名中药。针对青蒿原植物的栽培、组织培养、育种、代谢工程、生物合成基因调控等研究三十多年来一直是一个热点领域。

2 青蒿抗疟研究与“523”项目的关系

20世纪60年代，恶性疟原虫对氯喹等原喹啉类药物产生抗药性，致使重症疟疾患者陷入无药可治的境地。因此，全世界的药物研发人员针对抗疟药开展了大量工作，仅美国为发展新型抗疟药所筛选的化合物就高达30万种。然而，所有这些研究并未取得重大突破，没有给疟疾患者带来新的药物。中国自1964年起即在军内开展了抗疟研究，时至1967年成立了“全国疟疾防治研究领导小组办公室”（简称全国“523”办公室）。青蒿抗疟研究项目是1969年以后加入“523”项目。1969年1月21日，经全国“523”办公室动员，卫生部中医研究院（现改名为中国中医科学院）参加了抗疟药研究的项目。中国中医科学院接受任务后，组建了以屠呦呦为组长的抗疟药科研组。该科研组从收集整理历代医籍、本草入手，结合民间验方与名医献方，历经3个月整理出以640余个方药为主的《抗疟单验方集》。此方集中包含中药青蒿的相关内容，从此青蒿成为全国“523”项目的研究对象，国内有多个单位开展了针对青蒿的抗疟研究［2］。

3 青蒿抗疟有效部位的发现

中国中医科学院屠呦呦科研组在《抗疟单验方集》的基础上开展了以鼠疟动物模型筛选中药的实验研究工作。1969年5月到1970年8月期间，屠呦呦组重点研究了200多种方药（重点药物包括胡椒、辣椒、锑制剂等，也做过青蒿）的抗疟作用，但是，实验结果并不令人满意。1971年7月以后，屠呦呦历经多方协调努力后组建了一个更加规范的四人抗疟药科研小组，建立了疟疾动物模型，多方面开拓思路制备药效筛选样品，开展实验研究。屠呦呦在古文献《肘后备急方》“青蒿一握，水一升渍，绞取汁，尽服之”的启示下，采用低沸点溶剂冷浸青蒿叶末制备的样品显示出对鼠疟原虫100%的抑制率，其后开展的猴疟药效结果一致。1972年3月8日，屠呦呦在全国疟疾防治药物专业会议上报告了青蒿中性提取物的实验结果。而后，鉴于青蒿抗疟已取得了重大进展，全国“523”办公室要求中国中医科学院当年上临床观察疗效。屠呦呦科研组在开展安全性试服后，在海南昌江疟区现场，验证间日疟11例，恶性疟9例，混合感染1例。该批临床试验结果显示：青蒿提取物能使患者退烧，大幅度杀灭疟原虫至转阴，疗效优于氯喹。此后，又在北京302医院验证9例患者，也观察到了青蒿提取物良好的疗效。1972年11月17日，屠呦呦大会报告了30例青蒿提取物抗疟全部有效的疗效总结。由此，进一步引发了全国范围内对青蒿抗疟的研究高潮［2，3，6］。

4 抗疟有效单体化合物青蒿素的发现

中国中医科学院屠呦呦科研组在获得青蒿有效部位后开展了分离有效成分的工作。经鼠疟药效筛选，该科研组于1972年11月8日分离提纯得到的一个化合物鼠疟筛选有效，该物质为白色结晶，熔点156～157℃，50～100mg／kg可使原虫转阴。科研组而后逐步累积有效单体，组织动物安全性实验、人体试服实验。确认单体安全性后，于1973年8月在海南昌江疟区进行临床验证。初试5例，虽有3例有效，但效果不够理想，经及时追查原因，发现是片剂崩解度不合格的原因。使用青蒿素原粉胶囊进行3例临床疗效观察，结果显示：总剂量3～3.5 g，全部有效，平均原虫转阴时间为18.5 h，平均退热时间30h。临床证实此单体是青蒿抗疟的有效成分。1973年10月，科研组向全国“523”办公室汇报了青蒿有效单体抗疟药效结果。1973年11月2日，全国“523”办公室致函中国中医科学院，通知召开“疟疾防治药物（包括化学合成）研究专业会议”，讨论有关“中西医结合寻找新药问题”，特别明确“青蒿是重点药物，请把有关资料整理带往交流”。而后，屠呦呦汇报了青蒿抗疟研究的有关情况，此次会议后将有效单体命名为青蒿素［2］。

青蒿素在原植物叶片与花蕾中含量较高，茎秆基本不含青蒿素，传统用青蒿饮片中叶片花蕾很少；再加上当时青蒿药材资源较乱，有多种菊科植物在各地以中药青蒿药用，不同产地的正品药材资源中青蒿素含量差异也极大，青蒿素进一步累积产量面临难题。

在1973年初致函中国中医科学院中药研究所获得中药青蒿抗疟研究技术资料后，以魏振兴为代表的山东科研人员和以罗泽渊为代表的云南科研人员通过艰苦工作分别准确选用优质青蒿资源分离得到了较多青蒿素单体化合物，为进一步扩大临床研究做出了贡献［2］。

1974年2月28日至3月1日，全国“523”办公室委托中国中医科学院主持召开了全国青蒿素抗疟协作会议，公开了青蒿素研究的各实验室，作详细介绍并组织了参会代表的实地参观。该会议进一步形成全国大协作局面。此后，青蒿抗疟研究队伍不断扩大，除山东、云南外，四川、广西、广东等地均参与青蒿素抗疟工作。据1978年青蒿素鉴定会资料，参加单位多达40余个，有10个省、市、自治区参与临床，共验证病例6555例（中国中医科学院共计完成529例），其中青蒿素制剂有2099例。在实际临床工作中，各地采用了固体分散体、片剂、胶囊、注射剂、栓剂等多种剂型。临床病例包括间日疟、恶性疟、脑性疟。以李国桥为代表的广州中医药大学研究人员在青蒿素的临床研究中做了大量工作［7］。

5 青蒿素结构分析鉴定

屠呦呦科研组获得青蒿抗疟有效单体后，即着手其化学结构鉴定研究。经元素分析确认结构中只有碳、氢、氧，没有以往喹啉类抗疟药所含有的氮原子。在林启寿教授的帮助下，科研组基本明确其为相对分子质量282，分子式为C15H22O5的一种倍半萜类化合物。而后，科研组限于各方面条件，希望与有关单位合作，尽快确定青蒿素的结构。1974年1月，经屠呦呦与中国科学院上海有机化学所联系后，该所同意共同研究。以周维善为代表的上海有机所人员与中国中医科学院科研人员共同开展了青蒿素结构鉴定工作。同时，中国中医科学院在1974年后期与中国科学院生物物理所协作用X衍射方法开展了青蒿素结构鉴定的工作。1975年11月30日，X衍射工作基本确定了青蒿素的化学结构。经与梁晓天教授沟通，复核X衍射数据，确认了青蒿素的结构。1976年1月26日，屠呦呦与生物物理所李鹏飞一道赴上海有机所沟通青蒿素结构鉴定情况。次日，由李鹏飞作X衍射方法确定青蒿素化学结构的报告，周维善、吴毓林、吴照华等均与会并确认［2］。中国中医科学院将有关情况上报中华人民共和国卫生部党组，经批准后于1976年2月20日投稿到《科学通报》，该刊在1977年第3期上发表题为“一种新型的倍半萜内酯——青蒿素”的论文，署名为“青蒿素结构研究协作组”［8］。中国中医科学院继续就“结构与反应”与上海有机所协作，1979年5月出版的《化学学报》发表了具体研究成果，题为：“青蒿素的结构和反应”［9］。中国科学院上海有机化学所的科研人员探索完成了青蒿素的全合成工作；1983年《美国化学会志》首先报道了瑞士科学家完成青蒿素全合成的研究工作［10］。全合成工作进一步验证了青蒿素的化学结构。在青蒿素类化合物的分析测定研究方面，以赵世善、曾美怡为代表的中国中医科学院科研人员做了较多的工作。青蒿素的药效、药代、毒理研究方面，全国的科研人员都做了较多的工作，这些都为青蒿素类药物的面世奠定了基础［2］。

6 青蒿素类衍生物的药物研发

1973年，屠呦呦科研组为确证青蒿素结构中羰基的存在，将青蒿素用硼氢化钠还原后获得了一个还原衍生物——双氢青蒿素。在1975年基本确定青蒿素的结构后，为了进一步探讨青蒿素类化合物的抗疟构效关系，科研组制备了双氢青蒿素的多种衍生物，特别对还原后又乙酰化的衍生物开展了较深入研究。初步构效关系研究结果表明：过氧是主要抗疟活性基团，在保留过氧的前提下，内酯环的羰基还原成羟基可以明显增效，在羟基上增加某些侧链的衍生物抗疟药效比青蒿素高。1975年的全国抗疟药协作会议上屠呦呦科研组公开了青蒿素的初步构效关系规律，促进了全国范围内青蒿素衍生物的研究［2－3］。中国科学院上海药物所、桂林制药厂等单位开展了青蒿素衍生物研究，分别研制了蒿甲醚与青蒿琥酯。1986年中国实施《药品管理法》以后，中国中医科学院中药研究所申报中国第一个新药——青蒿素（1986年），中国科学院上海药物所、昆明制药厂申报蒿甲醚（1987年），桂林制药厂申报青蒿琥酯（1987年）。1986年后，屠呦呦科研组放弃了青蒿素还原后又乙酰化衍生物的研究，深入研究双氢青蒿素，历经7年，1992年将双氢青蒿素研发为一类新药上市生产。蒿甲醚、青蒿琥酯与双氢青蒿素等青蒿素类单方制剂曾在国际抗疟市场上发挥重要作用。2000年，荷兰 ARTECEF Zeewolde公司研制成功蒿乙醚。美国研制的Sodium Artelinate未见上市报道。

7 青蒿素类复方药物简介

从1982年以来，以李国桥和Nick White为代表的研究人员结合疟疾发病情况、疟原虫抗药性以及青蒿素类药物的作用特点提倡使用青蒿素类复方来控制疟疾，这种观点逐步被国际社会所认同［11］。WHO自2001年开始推荐使用基于青蒿素类抗疟药的联合治疗方案（Artemisinin－Based Combination Treatments，ACTs），治愈率可达90%［12－14］。综合分析 WHO2010年与2011年世界疟疾报告［1－15］，以青蒿素为基础的联合疗法是最有效的抗疟药，全世界对ACTs的采购从2005年的1100万疗程上升到了2010年的1.81亿疗程，在 WHO主导的大规模药浸蚊帐和ACTs计划的支撑下，全球疟疾死亡人数从2000年的近100万下降到了2010年的65.5万。2009年，柬埔寨－泰国边境确诊出现恶性疟原虫对青蒿素耐药，后来又在缅甸和越南等地发现同样情况。2010年，全世界有28家制药公司仍然在销售青蒿素类单方制剂，为防范耐药性扩散到ACTs，WHO将采取措施使青蒿素类单方制剂退出抗疟市场。WHO 2010年发布的疟疾治疗新指南［16］中推荐的5种ACTs分别为：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）／乙胺嘧啶以及双氢青蒿素＋哌喹。韩国的新丰制药（Shin Poong Pharmaceutical）与“疟疾药物开发项目”（Medicines for Malaria Venture，简称MMV）合作开发的一种ACTs药物组合青蒿琥酯＋咯萘啶于2010年完成了三期临床评价，结果显示该ACTs可以治疗无并发症恶性疟疾［17］。

青蒿素类药物是世界抗疟药研究史上继喹啉类药物之后又一重要里程碑，已经被国际社会广泛认同。目前针对青蒿素的研究热潮仍在继续。青蒿素是从植物中分离出来的天然含过氧基团的化合物，自然界极为少见。迄今为止只有零星文献提到除中药青蒿外尚有其他植物亦含有青蒿素，如1986年R.Liersch等报道日本产同属植物Artemisia apiacea中含有万分之八的青蒿素［18］；1991年罗仕德等报道云南产同属植物Artemisia Lamcea中分离得到了青蒿素［19］；1998年易平等报道从同属植物牛尾蒿Artemisia subdigitata Mattf.中分离得到了青蒿素［20］。但未见结合实际的进一步报道。

国内外的研究多数基于青蒿素类药物的抗药性、药效毒理与作用机制、青蒿素的生物合成和发展新型青蒿素类抗疟药物开展工作。在扩展适应症方面，该类药物在寄生虫疾病、自身免疫性疾病以及肿瘤方面均开展了较为深入的工作。

目前，青蒿素的唯一现实来源就是植物提取。中国拥有全球80%以上的青蒿素资源，在青蒿素产业全球价值链中的青蒿种植价值环节、青蒿素加工提取价值环节占有绝对优势。但当前中国的青蒿资源利用率较低，主要原因是青蒿素在青蒿中含量不高，仅部分来源（如四川、广西、湖南、海南等地）青蒿素含量能达到千分之几，可供工业化从植株叶片中提取青蒿素。总体上，对于青蒿资源的高效利用研究以及青蒿中蕴含的多种结构新颖，专属性的化合物研究都不够。

实践、思考、知识三者结合的重要性，先哲早有明训。孔子说：“学而不思则罔，思而不学则殆”。韩愈说：“业精于勤荒于嬉，行成于思毁于随”。正如斯坦福大学教授Lucy Shapiro评价的一样，以屠呦呦为代表的中国科学家凭借“洞察力、视野和顽强信念”忠实践行了实践、思考、知识三者相结合的理念，从中国传统医学中为世界带来了青蒿素类药物，挽救了全球数百万疟疾病人的生命，展现了中国科学家的学术精神和创新能力。

（2011年11月11日收到）

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