金樱子膏配方:青蒿素 --- 历史和现实的启示

青蒿素 --- 历史和现实的启示

吴毓林

（中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室 上海200032）

化学进展，2009年21卷11期，2365 - 2371.

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。青蒿素以其独特的分子结构和突出的生物活性显示出它是一有深远影响的研究对象，不仅对于药学，而且对于植物化学、生源合成、有机合成化学、化学生物学等学科都是一个可以大有作为的课题。30年来国外已做了不少工作，但是还有更多的问题有待探索，机不可失、时不再来。期待着在青蒿素的故土上结出更多的果实。

关键词  青蒿素 疟疾 中药过氧化合物自由基团队研究

中图分类号：029：R284 文献标识码：A   文章编号：1005-281X（2009）11-2365-07

上世纪青蒿素和青蒿素类抗疟药物在中国大地上诞生以来已经过去了30多年，随着时间的推移青蒿素这一研究成果不仅没有被人们遗忘，相反却越来越显示出她是中国科学家在近代对人类社会、健康卫生事业的一项杰出贡献。疟疾是由寄生虫疟原虫引起的疾病，自古以来一直是一种危害人类的流行性疾病，直至今天仍是全球感染人数最多的疾病，每年2-3亿人感染，200万人死亡。人类社会一直致力与疟疾的抗争，19世纪从南美洲金鸡纳树皮中得到的奎宁曾成为最有效的药物，治愈了众多的疟疾患者；20世纪二次世界大战后模仿奎宁基本结构而合成的一批新药如氯喹、伯喹也在那个年代救治过无数的病人。但是20世纪60年代出现抗药性疟原虫后，以往常用的抗疟药（如氯喹、磺胺、奎宁等）的效果不再，以致于造成了无药可医的局面；特别在东南亚、非洲地区更为严重。因此青蒿素和青蒿素类抗疟药物的出现，正是解决了这一抗药性的问题，成为治疗疟疾最有效的手段。自20世纪80年代我国正式批准生产以来，已在国内和世界范围内救治了上亿疟疾病人。中国研发的蒿甲醚、青蒿琥酯和蒿甲醚’本芴醇复方得到了世界医疗卫生界的公认，分别在1997，2002和2003年由世界卫生组织（WHO）先后列入了第9、11和12版基本药物目录（EssentialMedicineList）。青蒿素类药物正在为救治感染人数最多疟疾的病人作出贡献，也成了中国人民对当今疟疾最高发的非洲人民一种最好的支援。

前两年国外一篇介绍青蒿素发现的文章中，该文作者感到不解，20世纪60，70年代正是中国动乱时期，却在抗疟药物上取得了世界瞩目的成就。2003年泰国Mahidol亲王医学卫生奖在授予抗疟药物青蒿素及其衍生物成果前，也曾来信询问青蒿素是如何发现的。其实对国人来讲这也是一个值得深思的问题。当年由于偶然的机会本文作者有幸接触了青蒿素的化学结构测定工作，后来参加了青蒿素的合成工作，80年代后又陆陆续续地做了一些青蒿素化学方面的探索工作，一直到最后退休。因此回顾往事也感触良多，值此“化学进展创刊20周年纪念专辑”征稿之际，愿写上一些个人的思考，从一个化学科研工作者的角度谈一下由青蒿素研究工作中得到的启示，是否言之有物，当请读者批评指正。

1. 青蒿素的发现是团队协作的成果

要回答青蒿素如何发现的这一问题，就不得不先提到当年的越南战争。热带丛林地区疟疾肆虐，成为部队大量减员的主要原因。为此越南方面向中国提出了协助解决疟疾困扰的要求，中国领导人接受了这一要求，在他们的指示下国家科委和解放军总后勤部于1967年5月23日召开了“疟疾防治药物研究工作协作会议”，由此确立了由全国多部门参加的、以疟疾防治药物研究为任务，代号“523”的紧急军工项目。“523”项目的下达也使得在当时到处停工的医药研究单位留下了一支队伍，也使后来青蒿素的发现有了可能。“523”任务涉及了疟疾防治的多个方面，其中在解决抗药性的问题方面除注意化学合成新化合物外，更特别期望从中药中寻求突破。“523”项目中的中医中药专业组各参加单位从民间调查、中外古今文献调研开始，再在植物化学和药理研究配合下，进而对得到的中草药材提取筛选，甚至对其中的活性成分再进一步进行结构改造。据事后各单位的粗略统计，先后曾筛选了数以百计的中草药药材，从中获得了一批有抗疟活性的化合物，其中后来在杂志上发表的如青蒿（Artemisiaannua L.）中的青蒿素（1）^［1］，鹰爪（Artabotryshexapetalu L.F.Bhand）中的鹰爪甲素（2）^［2］，常山（DichroaFebrifugaLour.）中的常山乙碱（Febrifugine）（3）^［3］，仙鹤草（AgrimoniapilosaL.）中的仙鹤草酚（Agrimols）（4）^［4—6］，大叶桉（EucalyptusrobustaSm）中的大叶桉酚甲（Robustanol）（5）^［7］，南天竹（NandinadomesticaT.）中的普鲁托品（Protopine）（6）^［8］，鸦胆子（Bruceajavanica L. Merr）中的鸦胆子苦素D（Bruceine D）（R，R’ = O）（7），鸦胆子苦素E（BruceineD）（OH, R’ =H）（8）^［9］，陵水暗罗（Polyalthia nemoralisA. DC.）中的暗罗素（9）［10］。在这些成分中，从毒性或植物资源方面的考虑后，青蒿素最终才脱颖而出。

“523”项目的系统工程成就了从中草药中筛选出青蒿素，不仅如此，进一步青蒿素纯品的获得、大量样品的提供、青蒿素结构的确定，以至抗疟活性和临床应用的肯定也都是在这一系统工程的安排之下，发挥了各参加单位的特长，以团队协作的方式完成的。“523”项目开展40周年前夕，当年“523”办公室的老同志撰写了“523”项目与青蒿素研发纪实的回忆录^［11］，书中详细真实地记录了青蒿素发现到成为今天抗疟药物的这一值得纪念的全国大协作过程。这里作者将从学术层面，主要还是化学的角度，对青蒿素的发现作一些解读。青蒿素的发现，从提取、分离到结构测定基本上属于天然产物化学或天然药物化学领域，60、70年代国际上由于众多新的分离、分析技术的出现，质谱仪、核磁共振仪乃至X衍射分析仪的普及，天然产物化学有很大的发展，但是处于动乱中的中国实验室则很少有这些先进的设备；另一方面当时中国的科研人员，不管年轻的还是年长的都需要更新知识来适应这一发展，因此如果没有全国范围的大协作，青蒿素的发现是不可能的。

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（Artemisiaannua)和青蒿（Artemisia apiacea）或甚至更多，现在知道仅在黄花蒿中含有青蒿素，而黄花蒿中青蒿素的含量与产地大有关系，中国北方产的黄花蒿中青蒿素含量极低。60年代就有单位进行过中药青蒿的分离研究，但未有所获，有可能所取药材不对。1971年北京中药所发现市售青蒿用乙醚提取得到的提取液残渣对鼠疟原虫的抑制率可达100%，而且在初步的临床试验中也取得了较好的效果，但是继续提取到的青蒿素II却效果不佳，也许与其前后采用的药材产地不同有关。有幸的是“523”项目内部的信息交流使北京中药所的研究结果启发了山东中医药研究所、云南省药物研究所等单位的工作人员，他们利用当地的植物资源，从黄花蒿中分离得到了高效的抗疟单体，称之为黄花蒿素或黄蒿素，也即现在的青蒿素。而云南药物所更发现了四川，现重庆酉阳产的黄花蒿含有较其它地区高得多的青蒿素，所以后来在酉阳建立了第一家吨级规模的青蒿素生产厂。

青蒿素的结构测定由北京中药所和上海有机所在上海进行，虽然当时这两个单位都还没有结构测定必要的核磁共振仪和高分辨的质谱仪等仪器设备，但藉助于“523”项目大协作的机制，从国内仅有的几台先进仪器设备获得了青蒿素所有当时能测得的波谱数据。与此同时，有机所和中药所的研究人员作了大量化学反应的研究，从另一方面探索青蒿素的结构信息。1975年初，综合这两方面的研究结果时，已经能得出其结构的大致状况了，如青蒿素是分子式为C₁₅H₂₂O₅的倍半萜内酯化合物，不含羟基和双键；但仍然留下不小的困惑，从青蒿素的核磁共振谱看来仅有1个氢原子与氧原子连在同一碳原子上，在此要求下也就很难在15个碳原子的骨架上排列下5个氧原子，当时也曾想到分子中间是否可能存在过氧基团，但青蒿素是一种很稳定的化合物，甚至在150℃左右的熔点时都未见分解，这与一般过氧化合物的性质并不相符。也是有幸于“523”项目内部的信息交流，医科院北京药物所在4月的成都会议上报告了鹰爪中鹰爪甲素的结构，鹰爪甲素是过氧化合物，这一信息启发了有机所，当即通过定性和定量分析，证明青蒿素确实也是一种过氧化合物。至此从所有这些部分结构的信息，再参考南斯拉夫从同一植物中分到的青蒿乙素（ArteannuinB,10）结构^［2,13］，提出了过氧基团处于内酯位的可能结构11。这一推测的结构可以解释波谱数据和化学反应，但未能确定其立体结构。事后看来，除过氧基团的位置外，11还是给出了正确的平面结构，为当时生物物理所的计算提供了有益的参考。当然，完整的、确切的青蒿素结构还是由生物物理所在化学推断的基础上于1975年底通过单X射线衍射分析定了下来，1978年再由反常散射的X射线衍射分析确定了青蒿素的绝对构型^［14］。

青蒿素的结构报道后，当年从Artemisia AnnuaL.（黄花蒿）中分得青蒿乙素的前南斯拉夫化学家曾一再声称，他们当时除青蒿乙素外也已分离到了青蒿素，只是因没有确切地定下结构，因而未正式报道。对此他们很遗憾，他们错过了这一重大发现。据我们事后看到的他们刊登在国际会议论文集上的摘要，他们分离得到了一种新化合物，并认定其为臭氧化合物，现在看来此化合物的分子式虽然与青蒿素相同，但另一些数据和反应情况与青蒿素则有些出入。其实他们所采集的当地黄花蒿中青蒿素含量很低，分到青蒿素的难度较高，更重要的是他们从事纯天然产物方面的自由研究，即使发现了青蒿素，也不易由此发展出新一代的抗疟药物来。

总而言之，青蒿素的发现确实是我国天时、地利、人和的产物，最重要的是人和，是当时数以百计多方面的研究人员在团队合作的组织形式下高速完成的。虽然30年后的今天我们也听到了一些不和谐的声音［15，16］，从他们的字里行间看不到“523”项目参加人员的协作奋斗，但是这改变不了青蒿素是团队协作成果的事实，没有“523”项目，没有“523”项目的系统工程，中国的抗疟药，乃至世界的抗疟药很可能还会在含氮杂环化合物中摸索。

（省略：青蒿素带动了系列学科的发展）

3 结语 --- 青蒿素的启示

上述两节简要地回顾了青蒿素的发现以及随后一系列科学研究，尤其是化学相关领域研究的展开。在这系列过程的叙述中也曾穿插提及了一些作者个人的感想，现在在本文结束之际还是想汇总一下对青蒿素研究的看法和30年来感受到的启示。

青蒿素确实说明了中国传统药物是一个伟大的宝库，中草药、天然产物的研究还是大有可为。新药的发现，以及其它功能分子的发现都有可能是在向自然学习、探索中获得成功。

现代重大科研成果的取得已不可能由个人自由研究来完成，而是需要多学科团队合作来进行，对发展中国家来讲，由于科研的基础薄弱、设备条件不足，则更只能依靠多学科、多单位的通力协作，青蒿素的发现和青蒿素类药物的成功开发充分证明了这一点。相对于60，70年代的艰难条件，我国的科研环境、设备条件、人员经费已经显著改善，但是当年科研项目的组织、系统工程式的协调，尤其是团结奋斗的精神仍然是值得发扬的。

重大科研成果的意义通常不仅仅在于成果的本身，而且还在于对周围学科发展的影响和促进。青蒿素分子发现后，“523”项目即安排药物合成实验室开展青蒿素衍生物的合成，从而成就了新一代的抗疟药物，这是青蒿素成果第一步工作成功的扩展。从药物化学角度下一步工作是从青蒿素过氧化合物这一特征出发研究含过氧基团的青蒿素类似物，这方面主要是国外实验室开展了不少工作，取得了一些很好的结果，虽然现在还只在实验室的阶段，但也不排除将来可能会超越青蒿素衍生物。随着青蒿素类化合物其它药理研究的展开，出现一类有多种药用的青蒿素类药物或过氧化合物药物也不是不可能的，我们的研究人员、科研规划部门也许可以给予多一些的关注。

青蒿素过氧化合物这一特征是很值得探讨的科学问题，植物体生源合成中过氧基团是如何引进的，这不仅是一个基础研究的课题，而且也可能是青蒿素生产的问题。青蒿素的化学合成迄今还只是纯学术的课题，主要还是因为缺少高产率引入过氧基团的方法，有机合成化学家应该来迎接发展方法学的挑战，在有机合成中开拓出一个新的领域。

青蒿素的作用机制、化学生物学研究应该也是一个有深远影响的工作，如果确证青蒿素药物的作用是由在现场形成的碳自由基多靶点进攻疟原虫蛋白酶的话，那么是不是就可以减少或甚至消除对产生抗药性的担心；青蒿素类化合物体外有抗癌活性，但体内大多无效，如果活性也是由于形成的碳自由基，那么也有可能找到体内也能生效的方法；与此同时也可能为青蒿素找到更多的用途。生物体内生物分子间通过自由基发生的作用应该说研究得还不是很多，因此青蒿素作用机制的探索，对整个学科是大有意义的。

青蒿素是在中国大地上开放出来的奇葩，也结出了丰硕的果实，但是回顾起来我们还是没有把握好这一机遇，以此带动学科更多的发展，取得更好的成果。90年代以后青蒿素研究在国内冷冷清清，成了难于获得资助的昨日黄花，但国际上反而出现了研究热潮，成了墙内开花墙外香的局面。今天在感慨之余也还看到青蒿素仍然留下不少的科学问题有待探索，而今天中国的科研条件已有了翻天覆地的变化，有了知识面更广的一代新人，希望他们能在多学科的精心合作下，在绽放青蒿素的故土上结出新的果实。