青蒿素药理功能研究进展

解举民，刘雅然，陈梦迪，童欣雨，黄雨田，毛辉

(1.湖北理工学院医学院，湖北 黄石 435003；2.湖北理工学院医学院肾脏疾病发生与干预湖北省重点实验室，湖北 黄石 435003；3.黄石市中心医院，湖北 黄石 435000)

青蒿素(Artemisinin,ART)是一种提取自黄花蒿的倍半萜三恶烷内酯类抗疟疾药物，屠呦呦于20世纪70年代在中国首次从黄花蒿中分离、提取青蒿素并进行抗疟实验[1]。青蒿素在疟原虫胞质中通过氧化活性黄素酶的二氢黄素辅因子、有氧条件下诱发分子自氧化、扰乱氧化还原状态、产生活性氧等方式达到抗疟效果，反之，寄生虫对青蒿素的抗性是通过增强细胞抗氧化防御机制实现的，青蒿素及其衍生物，见图1，对亚铁血红素的烷基化能力与其抗疟功效密切相关[2]。银杏叶提取物(ginkgo biloba extract,GBE)是治疗心血管疾病的药物之一，青蒿素-GBE联合疗法(Artemisinin-Ginkgo biloba extract combination therapy,AGCT)通过降低感染率、改善血液微循环、调节免疫系统等途径治疗约氏疟原虫，达到显著的抗疟效果[3]。

图1 青蒿素及其衍生物

青蒿素及其衍生物在细胞中的主要药理机制包括产生活性氧、抑制细胞周期、诱导细胞凋亡、抑制血管生成等[4]。本文通过大量文献阅读重点讨论青蒿素的药理作用，为青蒿素及其衍生物的临床应用及疾病治疗提供一定参考与指导。

1 青蒿素的药理作用

1.1 抗疟疾

东晋葛洪在《肘后备急方》中对疟疾治疗注：“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之。”屠呦呦藉此灵感，通过多年数次试验，最终成功从青蒿中分离、提纯青蒿素并将其用于疟疾治疗[1]。青蒿素是当前疟疾治疗中应用最广泛、最有效的药物，在世界各地的疟疾治疗中起着至关重要的作用，青蒿素的抗疟机制包括分解分子结构中的内过氧化物键、形成自由基、产生活性氧，介导疟原虫死亡[5]。

抗疟试验表明，青蒿素与亚铁血红素的反应效率要高于其与亚铁离子(Fe2+)，血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2) 的反应效率，证明亚铁血红素是青蒿素的关键激活剂[6]。然而，青蒿素在体内的半衰期较短，为增强其清除寄生虫的能力，青蒿素常与半衰期长的药物搭配使用，称青蒿素联合疗法(artemisinin-based combination therapies,ACT)[7]。近年来，随着青蒿素耐药性逐渐增强，罗布等[8]开展了青蒿素三联疗法(triple artemisinin-based combination therapies, TACT)，将现有的青蒿素联合疗法与另一种药物联合使用，实验证实了蒿甲醚-本芴醇加阿莫地喹和双氢青蒿素-哌喹加甲氟喹是耐受性好、安全有效的TACTs。

1.2 抗肿瘤

美国癌症研究所分析了青蒿素对55种癌细胞的抗癌活性，青蒿素主要通过阻滞细胞周期来抑制肿瘤细胞增殖、抗肿瘤血管生成、诱导肿瘤细胞凋亡等机制抗肿瘤，其中青蒿素对白血病和结肠癌细胞治疗效果最好，平均GI50值分别为(1.11±0.56)μmol/L和(2.13±0.74)μmol/L[9]。

青蒿琥酯在肝癌细胞Huh-7和Hep3B中诱导ROS依赖性细胞凋亡[10]。在耐药性乳腺癌细胞实验中发现，青蒿素具有较强的选择性和抗癌作用，不仅可以诱导细胞凋亡和自噬，还可以阻滞细胞周期抑制肿瘤细胞增殖[11]。有研究证明青蒿琥酯可以通过增强DNA损伤，抑制线粒体呼吸作用和ATP的产生，阻滞G0/G1细胞周期，来有效抑制顺铂耐药膀胱癌细胞的生长和增殖[12]。肿瘤细胞生长和快速增殖依靠血管提供营养，青蒿素可以抑制血管生成，增加细胞内活性氧含量，进而导致缺氧诱导因子和血管内皮生长因子表达下调，青蒿琥酯浓度在0.5～50 μmol/L时，通过降低肿瘤细胞VEGF和KDR/flk-1的表达，显著抑制血管生成[13]。

1.3 治疗心血管疾病

青蒿素及其衍生物具有明显的心血管保护作用，如抗心律失常、抗心肌缺血、抗动脉粥样硬化、稳定斑块等作用[14]。王凤月等[14]将青蒿素连续14 d灌胃大鼠，之后做成缺血-再灌注(I/R)损伤大鼠模型，利用超声心动图、HE和TTC染色、TUNEL和Western blot等实验方法证实NLRP3炎症小体通路的激活参与了心肌I/R损伤，而青蒿素可以抑制NLRP3炎症小体的激活，阻止心肌I/R损伤。

杜红娇等[15]使用青蒿素治疗8周龄雄性ApoE-/-小鼠8周，结果发现ApoE-/-小鼠经过青蒿素治疗后，斑块面积明显减少，收缩表型标志物的表达增加，该结果证明青蒿素可以抑制动脉粥样硬化的发展。青蒿素及其衍生物是一种潜在的治疗动脉粥样硬化的新型药物。

1.4 治疗白血病

青蒿琥酯(Artemisunate,ARS/ART)是青蒿素的衍生物，与硼替佐米(bortezomib,BTZ)联用可以较好地抑制急性髓性白血病细胞的增殖[16]。研究发现，青蒿琥酯处理的单核细胞与白血病细胞接触时，促使白血病细胞凋亡，表明青蒿琥酯使单核细胞获得了杀死白血病细胞的能力[17]。成人T细胞白血病/淋巴瘤(adult T-cell leukemia/lymphoma,ATLL)由人类T细胞白血病1型病毒(human T-cell leukemia virus type 1,HTLV-1)感染引起，HTLV-1感染的T细胞对青蒿琥酯诱导的细胞毒性更敏感，青蒿琥酯诱导的凋亡与caspase-8/9/3的激活相对应，Bcl-xL、Bcl-2、等蛋白表达降低，同时青蒿琥酯增加了细胞内活性氧和DNA损伤标志物γ-H2AX的激活[18]。双氢青蒿素(dihydroartemisinin,DHA)也是一种青蒿素衍生物，研究发现，DHA通过抑制PTEN/AKT通路诱导急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia,AML)细胞凋亡[19]。

1.5 抗菌

青蒿素及其衍生物对诸多口腔细菌具有良好的抑菌能力，其功能包括直接抑菌、间接抗菌增效及介导的炎症反应，作用机制为改变细胞膜通透性、影响细胞呼吸、促进其他抗菌药物的胞内积聚、降低蛋白酶和磷脂酶活性、降低麦角固醇含量、提高自噬相关蛋白表达及胞内活性氧含量等[20]。

1.6 抗炎

炎症是具有血管系统的活体组织对各种损伤因子的刺激所发生的以防御反应为主的动态病理过程，炎症介质是介导急性炎症发展过程中血管反应和白细胞反应发展的主要物质[21]。Yuan等[22]使用青蒿素治疗酒渣鼻小鼠模型，发现青蒿素通过减少病变小鼠体内CD4+T细胞、巨噬细胞和中性粒细胞的浸润，降低IL-1B、IL-6和TNF-α的表达，以及抑制血管生成等方式减弱酒渣鼻的病理表现。Huai等[23]发现青蒿素可通过下调促炎因子的表达，促进巨噬细胞向M2表型极化，抑制间充质细胞转分化过程来改善体内肠道炎症。Zhong等[24]发现青蒿素可通过抑制白细胞介素IL-1B、IL-6、肿瘤坏死因子α、基质金属肽酶-13等促炎趋化因子和细胞因子的表达，抑制Wnt/beta-catenin信号通路，缓解IL-1B介导的骨关节炎。Wan等[25]发现青蒿琥酯通过下调TLR4/NF-κB信号通路抑制小鼠肾炎。Gao等[26]发现二氢青蒿素通过抑制PI3K/AKT通路改善脂多糖诱导的神经炎症。青蒿素及其衍生物可参与多种炎症信号通路及对炎症介质表达进行调控从而达到抗炎的作用。

1.7 治疗神经系统疾病

青蒿素及其衍生物双氢青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、青蒿素B等已被证明有缓解中枢神经系统炎症反应的功能[27]。青蒿琥酯可以通过血脑屏障使脑脊液含量减少，降低颅内压，在一定程度上用于治疗创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)[28]。Jiang等[29]用小鼠脑疟疾(experimental cerebral malaria，ECM)模型研究青蒿琥酯和川芎嗪的联合用药，发现这种组合可以减少微血管堵塞并改善神经功能，从而提高存活率，并减轻实验性脑疟疾的病理变化，作用机制可能为增加脑血流量、神经生长因子和神经营养因子水平，减轻海马神经元损伤等。

1.8 其他药理作用

1.8.1 治疗阿尔茨海默氏病

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种中枢神经系统疾病，特征为进行性认知功能障碍和记忆力减退，Qiang 等[30]利用阿尔茨海默病小鼠模型探究青蒿素B的抗神经炎症作用，对痴呆小鼠进行水迷宫和避暗实验，发现青蒿素B改善了痴呆小鼠的空间记忆并改变了海马、皮层的病理特征和炎症细胞因子的水平，并且青蒿素B显著降低炎症细胞因子IL-1β、IL-6和 TNF-α的表达。同时青蒿素B可能通过调节TLR4-MyD88-NF-κB信号通路抑制神经炎症并对认知功能发挥神经保护作用。

1.8.2 抗纤维化

青蒿素可以通过调控TGF-β、MAPK、Wnt/β-catenin、PI3K/AKT/mTRO、FRX 和 Notch 信号通路以及细胞自噬等途径影响纤维化过程[31]。Kong等[32]研究青蒿琥酯对CCl4诱导的小鼠肝脏纤维化的影响，阐明了青蒿琥酯通过调节铁蛋白吞噬介导的肝星状细胞(HSCs)铁下垂来减轻肝脏纤维化。Zhang等[33]在肾纤维化小鼠模型术后连续14d给雄性C57BL/6小鼠灌胃二氢青蒿素，发现二氢青蒿素减轻了UUO诱导的肾纤维化程度。

1.8.3 调节骨质疏松

青蒿琥酯(Artemisinin,ART)可以通过NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κ B ligand, RANKL)诱导的p65蛋白的激活和IκB(inhibitor of NF-κB)的降解来抑制破骨细胞的分化，调控破骨细胞的活性，治疗破骨细胞异常导致的疾病[34]。Hu等[35]发现40 μM的青蒿素可以显著逆转由缺氧(5% O2) 或炎症(20 ng/mL TNF-α)引起细胞生长抑制，降低细胞凋亡率，抑制了促凋亡蛋白的表达，恢复牙髓干细胞(dental pulp stem cells,DPSCs)的骨质分化。

1.8.4 治疗新冠肺炎

SARS-Cov-2是导致2019年新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)的病原体[36-37]。Gendrot等[38]在Vero E6细胞中分离了SARS-CoV-2毒株(IHUMI-3)并评估了青蒿琥酯的抗病毒活性，在感染前4 h向毒株中加入青蒿琥酯复合药物，感染48 h后检测病毒复制情况，发现甲氟喹-青蒿琥酯在常用的疟疾治疗剂量下表现出最高的抗病毒活性，在最大血液浓度(Cmax)下的抑制率达(72.1±18.3)%，青蒿琥酯可作为治疗COVID-19的一种潜在药物。Cao等[39]建立了药代动力学模型来预测所选青蒿素及其衍生物对 COVID-19的治疗潜力，发现青蒿素B显示出最高的抗SARS-CoV-2潜力，最大半数效应浓度(concentration for 50% of maximal effect,EC50)为(10.28 ± 1.12)μmol/L。青蒿琥酯和二氢青蒿素显示出相似的EC50值，分别为(12.98±5.30)μmol/L和(13.31±1.24)μmol/L，研究结果为抗SARS-CoV-2药物研发提供了重要潜在药物。

2 讨论与展望

青蒿素是我国科学家屠呦呦首次从黄花蒿中分离得到的具有内过氧化物桥的倍半萜化合物，是世卫组织公认的治疗疟疾的首选药物，在全球范围内已经挽救了数百万人的生命[40]。青蒿素及其衍生物除在疟疾治疗方面有着至关重要的作用外，还具有抗肿瘤、治疗心血管疾病、治疗白血病、抗菌、抗病毒、抗炎、治疗神经系统疾病等药理作用[41-45]。此外，研究发现青蒿素及其衍生物在治疗阿尔茨海默病、抗纤维化和调节骨质疏松等方面也有重要作用。同时研究证明青蒿素及其衍生物与其他药物联合使用具有抑制新冠病毒感染及抗SARS-CoV-2潜力，可以作为治疗新冠肺炎的重要药物[46]。

青蒿素自被发现以来一直是药物研究中的热点，因为其具有诸多的药理功能可以用于多种疾病的预防与治疗，但是其药理功能背后的分子机制多数未明确，仍然需要大量的基础研究来揭开这一些难题。