青蒿素与疟疾防治

9月12日，2011年度拉斯克奖的获奖名单揭晓，中国中医研究院的屠呦呦获得临床医学奖，获奖理由是“因为发现青蒿素—一种用于治疗疟疾的药物，挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命。”这也是迄今为止，中国生物医学界获得的世界级最高大奖。

　　

　　疟疾与人类相伴

　　

　　青蒿素是与疟疾联系在一起的，因为它是疟疾的克星。人患疟疾后会产生周期性高烧和寒战的症状，所以也俗称为打摆子。中国古人把疟疾称为“烟瘴”，认为是飘浮的雾气导致人们中毒。

　　1880年，在阿尔及利亚工作的法国医生夏尔•拉韦朗在疟疾病人体内发现了一种单细胞寄生虫，并确定它是导致疟疾的直接原因，这种致病原便是疟原虫。为此，拉韦朗获得了1907年的诺贝尔生理学或医学奖。1897年，英国医生罗纳德•罗斯证明疟疾是由蚊子传播给人的，为此，他获得1902年诺贝尔生理学或医学奖。

　　这两项发现奠定了人类抗击疟疾的基础。疟原虫是跨宿主成长的病原虫。它在脊椎动物体内进行无性繁殖，再到蚊子体内发育到性成熟阶段，进行有性生殖。迄今人们发现了4种疟原虫，其中最常见最有代表性的是恶性疟原虫。疟疾由称为按蚊的雌蚊传播，公蚊以植物汁液为生，与疟疾没有关系。

　　人被按蚊的雌蚊叮咬之后5～10分钟，疟原虫孢子就会到达人体肝脏，既可躲过人体免疫系统的攻击，又可利用肝细胞的营养来大量分裂繁殖。约一星期后，疟原虫孢子胀破肝细胞逸出，把数以百万计的新孢子释放入血液。新孢子马上入侵红细胞，再次逃过免疫系统的追杀。它们以血红蛋白为食，继续繁殖，大概两天后破坏红细胞，产生更多的孢子入侵其他红细胞。如此往复，不久患者2/3的红细胞被疟原虫占领。而疟原虫在血液里的这种周期性的繁殖过程便导致病人三天两头地发高烧、打寒战。

　　此外，一些孢子在红细胞里发育成大小不同的雌雄细胞，蚊子叮咬患者时，雌雄细胞就进入蚊子体内，在蚊子的消化道里生存，发育成熟后彼此结合，进行有性繁殖。两个星期之后，新产生的孢子进入蚊子的唾液腺，在蚊子叮咬其他人时，把疟原虫孢子传播给他人。

　　受到美洲部落金鸡纳树皮可以治疗疟疾的启发，1826年法国药师佩雷蒂尔和卡文顿从金鸡纳树皮中提取出了治疗疟疾的药物——奎宁，这是人类的第一个治疗疟疾的西药，由于疟原虫对奎宁产生了抗药性，后来又产生了另一些新药，如氯喹和乙胺嘧啶等药物。

　　

　　青蒿素的发现和提炼

　　

　　然而，由于疟原虫陆续对氯喹和乙胺嘧啶等药物产生了抗药性，研发其他更有效的药物就成为战胜疟疾的另一种选择。青蒿素正是人类挑选的迄今最为有效的抗御疟疾的药物。中国人对青蒿的认识其来已久。早在公元前2世纪，中国先秦医方书《五十二病方》已经对植物青蒿有所记载。公元前340年，东晋的葛洪在其撰写的中医方剂《肘后备急方》一书中，首次描述了青蒿的退热功能。李时珍的《本草纲目》则明确说明青蒿能“治疟疾寒热”。青蒿在中国民间又称臭蒿和苦蒿，属菊科一年生草本植物。

　　1967年中国开展了一项集中全国科技力量联合研发抗疟新药的大项目，这个科研大项目启动的日期是5月23日，因此将此项目命名为“五二三项目”。参与这项研究的有中国的60多个单位的500名科研人员。1969年1月21日，屠呦呦以中医研究院科研组长的身份，参加了“五二三项目”。

　　在此之前，国内其他科研人员已经筛选了4万多种抗疟疾的化合物和中草药，但却没有筛选出一种满意的药物。在第一轮的药物筛选和实验中，青蒿提取物对疟疾的抑制率只有68％，还不如胡椒的抗疟效果。后来，在第二轮的药物筛选和实验中，青蒿的抗疟效果甚至降到只有12％。在相当长的一段时间里，青蒿并没有引起大家的重视。

　　发现青蒿其实需要慧眼。屠呦呦再次翻阅古代文献查到《肘后备急方•治寒热诸疟方》有几句话，“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之。”这一记述与传统的中药煎熬后服用有很大的不同。煎熬后的中药经过了高温，是不是高温破坏了鲜青蒿汁的抗疟效果？

　　带着这些疑问，屠呦呦与研究组的研究人员用实验来验证。屠呦呦等人改用以沸点在60摄氏度下的乙醚制取青蒿提取物。1971年10月4日，经过第191次实验，屠呦呦在实验室观察到青蒿提取物对鼠疟、猴疟疟原虫的抑制率达到了100％。这意味着实验检验了科学假说，只有用低温提取出的鲜青蒿汁才具有强大的抗疟功能。

　　

　　现代实验科学的进一步验证

　　

　　提取的鲜青蒿汁被命名为青蒿素。证明低温下提取的青蒿素具有强大的抗疟功能只是青蒿素研究的重要一步。至于青蒿素为何有如此强大的抗疟功能，还需要更多的研究来阐明。例如，青蒿素的分子结构是什么，分子量是多少，是否可以人工合成，其杀灭疟原虫的原理是什么等等，都需要弄明白。

　　1973年初，北京中药研究所获得青蒿素的结晶，希望有机化学家能解开其结构和抗疟原虫之谜。这个接力棒交到了中国科学院上海有机化学研究所的周维善院士之手，由他带领的研究小组进行了青蒿素结构测定和人工全合成。

　　周维善小组采用科学仪器，如高分辨率质谱仪，经过反复研究和测定，认定青蒿素是一个有15个碳原子、22个氢原子和5个氧原子组成的化合物，分子式为C15H22O5。它是一个倍半萜类化合物，含有过氧基团的倍半萜内酯结构，而且，这个药物的分子中不含氮。这证明西方学者提出的“抗疟化学结构不含氮(原子)就无效”的药学观念是错误的。青蒿素的结构测定工作在1976年结束，1979年5月出版的《化学学报》发表了研究人员的论文“青蒿素的结构和反应”。

　　1979年，周维善研究小组又开始了青蒿素的全合成研究。这是检验青蒿素是否存在，其结构是否真实的更重要的深层次研究，因为此前的结构是根据光谱数据解读出来的，还需要全合成来检验。

　　经过5年的潜心研究，1984年初，研究组实现了青蒿素的全合成，合成的青蒿素与天然青蒿素完全一致。随后，研究论文《青蒿素及其一类物结构和合成的研究》发表在1984年第42期的《化学学报》上。1977年，青蒿素项目在全国科学大会上获重大成果奖，1987年，青蒿素全合成成果获国家自然科学奖二等奖。

　　

　　抗疟原理

　　

　　在青蒿素之前已经有奎宁、氯喹和乙胺嘧啶等药物，它们的抗疟作用各有特点。奎宁对各种疟原虫的红细胞内期滋养体有杀灭作用，因而能控制临床症状。氯喹的作用原理比较复杂。临床药理学研究发现，应用氯喹后，疟原虫溶酶体内药物的含量高出宿主溶酶体千倍以上，由此认为疟原虫有浓集氯喹的特异机制。而且，氯喹可插入疟原虫DNA双螺旋链之间，形成DNA-氯喹复合物，影响DNA复制和RNA转录，并使RNA断裂，从而抑制疟原虫的分裂繁殖。此外，氯喹为弱碱性药物，大量进入疟原虫体内，可使其细胞液的pH值增大，形成对蛋白质分解酶不利的环境，使疟原虫分解和利用血红蛋白的能力降低，导致必需氨基酸缺乏，从而干扰疟原虫的繁殖。

　　乙胺嘧啶则对恶性疟和间日疟的原发性红细胞外期有抑制作用，它能阻止疟原虫在蚊体内的孢子增殖，起控制传播的作用；还可抑制疟原虫红细胞内期的未成熟裂殖体，用于控制耐氯喹的恶性疟症状发作，但生效较慢；也可以抑制疟原虫的二氢叶酸还原酶，阻碍核酸的合成。乙胺嘧啶常与二氢叶酸合成酶抑制剂磺胺类或砜类合用以增强疗效，用于耐氯喹的恶性疟。

　　然而，青蒿素的抗疟原理与之前的抗疟药有明显不同。尽管现在对青蒿素的作用原理还不是完全了解，但已有的一些研究能初步阐明青蒿素的抗疟作用。

青蒿素的特点在于快速抑制疟原虫成熟。体外实验表明，青蒿素可明显抑制恶性疟原虫无性体的生长, 有直接杀伤作用。而且，青蒿素的作用相当于氯喹的1.13～1.16倍。对源自青蒿素的一些药物进行研究发现，在青蒿素、蒿甲醚及青蒿酯钠的抗疟效应中，青蒿酯钠效果最好, 为氯喹的16倍, 为青蒿素的14.3倍, 青蒿素和蒿甲醚的抗疟效果与氯喹相近。

　　青蒿素主要作用于疟原虫的膜系结构。它首先作用于疟原虫的食物泡、表膜、线粒体，然后是核膜、内质网、核内染色物质等。由于能干扰疟原虫表膜和线粒体的功能，就能阻止疟原虫的消化酶分解宿主的血红蛋白成为氨基酸，后者也就是疟原虫的食粮。疟原虫无法得到食粮，很快就产生氨基酸饥饿，迅速形成自噬泡，并不断排出虫体外，使疟原虫损失大量胞浆，导致虫体瓦解并死亡。

　　而青蒿酯钠通过还原青蒿素来抑制疟原虫表膜、食物泡膜、线粒体膜系细胞色素氧化酶的功能，从而阻断以宿主红细胞胞浆为营养的供应。因此，青蒿素的抗疟原理既不同于奎宁、氯喹那样使疟原虫DNA受抑制以干扰疟原虫的繁殖，也不同于乙胺嘧啶、磺胺类药物那样干扰疟原虫的叶酸代谢来杀灭疟原虫。

　　

　　综合防治疟疾效果最好

　　

　　尽管青蒿素有强大的抗疟功能，但也有其局限性。例如，青蒿素对疟原虫红细胞内期有杀灭作用, 但对红细胞外期和红细胞前期无效。青蒿素亦可诱发疟原虫的抗药性，但比氯喹慢得多。

　　疟原虫对氯喹耐药性的发生，可能与其从体内排出药物增多和代谢加速有关。而耐乙胺嘧啶的疟原虫的二氢叶酸还原酶大量增加，使乙胺嘧啶对疟原虫的抑制作用明显减弱。鉴于疟原虫对这些药物产生了耐药性，世界卫生组织建议各国临床一般采用联合用药疗法(ACT)，如奎宁+青蒿素，或者用青蒿素复方药。

　　尽管目前全球各地使用青蒿素为基础用以治疗疟疾的联合疗法疗效仍能达到90％以上，但世界卫生组织已确认，近几年在柬埔寨及泰国边境地区已出现了疟原虫的青蒿素耐药性，因此提出各国必须对刚刚出现的青蒿素耐药性现象迅速采取遏制行动。2011年1月12日，世界卫生组织在日内瓦发出一份题为《遏制青蒿素耐药性全球计划》的行动纲领，希望各国采取五项行动。

　　一是遏制耐药疟原虫的传播；二是加强对青蒿素耐药性的监督和监测；三是规范采取以青蒿素为基础的联合疗法在临床实践中的实施办法；四是加强对青蒿素耐药性的相关研究。全球行动计划特别指出，目前特别需要集中资金用于对青蒿素耐药性的相关研究，以期开发研究出对耐药疟原虫更加快速有效的检测技术，并研究开发出可最终取代青蒿素为基础的联合疗法的新型抗疟药物；五是调动资源与激励行动。

　　可以看到，由于对青蒿素耐药性原理尚未明了，世界卫生组织在考虑联合用药的同时，也把目光转到了研发可以取代青蒿素的新药物。这也意味着，青蒿素并非抗击疟疾的唯一药物和手段。实际上，世界卫生组织一直重视抗击疟疾的预防和综合治疗方式。该组织的统计表明，全球抗击疟疾的行动在2000年～2010年期间拯救了73万多人的生命，其中近3/4是自2006年以来取得的成果。因为，最近5年间，DDT室内滞留喷洒、药浸蚊帐（以杀虫剂如溴氰菊酯来浸泡蚊帐）和以青蒿素为基础的联合疗法得到日益广泛使用。

　　因此，药物治疗，包括青蒿素的应用只是与多项预防方式结合的一种用药方式。如果不采用室内残留喷洒DDT和使用长效杀虫蚊帐等预防措施，青蒿素等药物再强大有效，也不可能彻底消灭疟疾。所以，对待疟疾，最好的方法是综合防治。

　　【责任编辑】张田勘