青蒿素的合成与应用研究综述

于德鑫,刘乃仲,何 帅,石 敏,张艳芬

(菏泽学院,山东 菏泽 274015)

1 青蒿素的发现

青蒿素是我国药学家屠呦呦受东晋葛洪《肘后备急方》“青蒿绞汁服”的启发，首创低沸点溶剂提取法从传统中药青蒿中提取并自主研发的一种抗疟疾特效药。1975年，通过多位科学家化学结构分析、光谱解析等方法确定了青蒿素的分子式为C15H22O5，是一种含有过氧基团的倍半萜内酯1。这些研究结果收录于《青蒿素的化学研究》，并在1980年“青蒿素”国际会议上，得到了国内外专家的高度认可，为基于青蒿素的药物治疗研究奠定了基础。

2 青蒿素的制备方法

2.1 化学合成

早在1983年国外的化学家Hofheinz W等2通过化学研究发现了青蒿素的化学合成方法，以(-)-2-异薄勒醇为原料，利用光氧化反应引进氧基得到中间体，再经过环合反应合成了最终产物。合成倍半萜内酯，主要有两个限速步骤：倍半萜母核的折叠和环化；含过氧桥的倍半萜内酯的形成程。1986年，我国科学家周维善以R-(+)-香茅醛为原料合成了青蒿素(合成过程如图1所示)。但由于合成步骤繁琐，总收率较低，甚至不到1%，尚未实现工业化的可行性测评3。

2.2 生物合成

青蒿素存在于中草药青蒿的花叶中，茎中不含有，是一种含量非常低的萜类化合物，生物合成途径非常复杂。目前可通过三种方式进行青蒿素的生物合成，一是通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控，添加生物合成的前体来增加青蒿素的含量；二是激活关键酶控制的基因，大幅度增加青蒿素的含量；三是利用基因工程手段改变关键基因，以增强它们所控制酶的作用效率4。但生物合成过程中，青蒿素的含量受光照、外源激素、芽分化等生理生态因子的影响很大，温度对于生物合成也有极大影响，通过试验研究发现，青蒿幼苗在40℃条件下，处理36 h后，青蒿素的质量分数提高到最大为68%5。除青蒿之外，其它植物也可以合成青蒿素， 2011 年研究人员从烟草中合成青蒿素6。此方法与传统化学方法相比，所用的化学试剂大大减少，有利于环境的保护，且该生物合成方法的受体为烟草，在我国较为广泛，因此原料来源较为丰富，但不足的是用烟草合成青蒿素过程中的某些反应基质并不清楚，还有待开发，但该合成方法仍有较好的工业应用前景。

2.3 提取纯化

分离纯化工艺主要有溶剂外加能量协助提取法、提取重结晶法、超临界CO2萃取法和溶剂提取层析法 7。溶剂提取重结晶法一般采用的溶剂汽油法，乙醇法和碱水提取酸沉淀法进行生产，此类方法明显增加了青蒿素植物的有效利用率。碱水提取酸沉淀法：取一定量的青蒿枝叶干粉加入乙醇搅拌浸提，得到乙醇提取液，减压干燥，将其溶于乙醚-水两相溶液中，分别得到青蒿素和青蒿酸。此种方法的青蒿酸收率达到90%，青蒿素的提取率为57%。乙醇法8：取一定量的青蒿枝叶干粉，用稀乙醇浸泡24 h，得到乙醇提取液，将其注入连续萃取装置，再用含苯和乙酸乙酯的溶剂汽油萃取，得到醇相和萃取相，醇相可循环使用，萃取相用活性炭脱色，过滤，回收溶剂，然后得到浓溶液，再冷却结晶得到青蒿素粗晶物，再用乙醇重结晶得到青蒿素成品。此方法有收率较高，成本较低，步骤较少，操作简单，安全等优点。溶剂汽油法：取一定量的青蒿枝叶干粉，用8-10倍120号溶剂汽油浸泡3次，得到溶剂汽油提取液，再减压浓缩并放置结晶，得青蒿素粗品，用少量120号溶剂汽油多次洗涤，50%乙醇醇结晶2-3次，最终得到青蒿素白色针晶。此种方法工艺步骤简便，容易大批量生产使用。溶剂提取层析法有三种提取方法，分别是丙酮-硅胶柱层析法、低沸汽油-超短粗型球状扩孔硅胶层析法、乙烷提取-乙烷/乙腈-硅胶柱层析法，都已经申请了专利。 赵兵9等对超声波用于强化石油醚提取青蒿素做过实验研究，超声波强度、处理时间、处理间歇次数、搅拌时间等都对提取率有一定影响。在20 kHz、90 W超声波、50℃、单次作用时间20 min后再搅拌10 min的条件下，提取率最高为83%。韩伟10等人通过化学研究发现利用微博辅助提取法(MAE)，选用6#抽提溶剂油(一种无色透明液体，不含四乙基铅，硫和芳烃含量较低的有机溶剂)，以120目黄花高粉末为原料，通过高效液相色谱法(HPLC)分析，发现青蒿素的提取率可达到84.01%。

图1 青蒿素的合成路线

3 青蒿素的应用

提到青蒿素，人们首先会想到它的抗疟疾功用，WHO认为，青蒿素是治疗疟疾耐药性效果最好的药物，以青蒿素类药物为主的联合疗法，也是当下治疗疟疾的最有效最重要手段。但是近年来随着研究的深入，青蒿素其它作用也越来越多被发现和应用研究，如抗肿瘤、治疗肺动脉高压、抗糖尿病、胚胎毒性、抗真菌、免疫调节等。

3.1 抗疟疾

疟疾(俗称：打摆子寒热病)属于虫媒传染病，是受疟原虫感染的按虫叮咬人体后而引起的一种传染病，长时间多次发作后出现可肝脾肿大，且伴随贫血等症状。疟疾能够得到一定程度的治疗，青蒿素功不可没。青蒿素结构中过氧键具有氧化性，是抗疟的必需基团。作用机理是青蒿素在体内产生的自由基团与虐原蛋白结合，改变疟原虫的细胞膜结构。自由基团与疟原蛋白结合之后会使线粒体的双层膜胀裂，最终脱落，导致疟原虫的细胞结构和功能受到破坏，同时细胞核内的染色质也会受到一定的影响。另一方面，氨基酸是构成蛋白质的基本物质，青蒿素作用后。疟原虫对异亮氨酸的吸收减少，导致虫体蛋白的合成受阻11。黄花蒿不仅可以杀灭病原虫，还具有抗血吸虫作用、治疗弓形虫感染作用、抗卡氏肺孢子虫作用、抗球虫作用12等。经临床试验证明，青蒿素及其衍生物在治疗疟疾的过程中，并未发现特别明显的副作用13。

3.2 抗肿瘤

恶性肿瘤是危害人类健康的第一大杀手，若不及时医治则会危害生命安全。体外实验表明，一定剂量的青蒿素可以使肝癌细胞、乳腺癌细胞、宫颈癌细胞等多种癌细胞的凋亡，明显抑制癌细胞的生长。研究发现，青蒿素可以调控肿瘤细胞的周期蛋白表达，增强CKIs作用，导致肿瘤细胞周期阻滞；或者导致细胞凋亡，抑制肿瘤血管生成等来抵抗肿瘤的发生和发展14。青蒿素对白血病的治疗，是通过作用在白血病细胞的细胞膜，增加膜的通透性，改变渗透压，导致细胞内的钙离子浓度升高，从而能激活钙蛋白酶，使其细胞膜胀裂，同时加速促使细胞凋亡物质的释放，增加细胞凋亡速度15-17。

3.3 治疗肺动脉高压

随着科研人员的不断探索，科学家们发现青蒿素对于肺动脉高压也有一定的治疗作用。肺动脉高压(PAH)是肺动脉重构为特征和以肺动脉压力升高到一定界限的病理生理状态，可以是并发症或综合征。青蒿素用于治疗肺动脉高压：通过舒张血管降低PAH患者的肺动脉压力，改善症状；Zaiman18等发现青蒿素具有抗炎作用，青蒿素及其内核物质对多种致炎因子有抑制作用，且还可以抑制炎性介质产生一氧化氮；青蒿素具有免疫调节作用；冯义柏19等通过实验研究发现，青蒿素能够抑制血管内皮细胞、血管平滑肌细胞的增殖，进而在PAH的治疗过程中发挥着重要作用；青蒿素能够抑制基质金属蛋白酶的活性，从而抑制肺血管重构；青蒿素可以抑制PAH相关细胞因子的表达，进一步增强青蒿素抗血管重构作用；曹治东20等研究发现青蒿素可抑制瘢痕成纤维细胞增生和胶原量增多，进而抑

制基质ECM过度沉积的现象，因此青蒿素有助于肺动脉的重构逆转；青蒿素的促凋亡作用，青蒿素可以促进VSMC凋亡进而逆转血管重构。

4 小结

综上所述，青蒿素的发展来源已久，在抗疟疾、抗肿瘤、抗心律失常、治疗肺动脉高压、免疫调节等方面的研究发展迅速，疗效显著。但是因其植物含量较低提取困难，化学合成步骤繁琐，导致最终收率较低，成本较高。因此，寻找适当的化学合成方法，如使用适当的中间体、反应条件、减少一些不必要的步骤等，提高合成收率，对青蒿素的进一步研究应用具有重要意义。