青蒿素
青蒿素(artemisine)是从中药青篙(菊科植物黄花蒿的地上部分干燥物)中提取的有过氧基团的倍半萜内酯抗疟新药,是我国发现的第一个被国际公认的天然药物,在其基础上合成了多种衍生物,如双氢青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯等。青蒿素类药物毒性低、抗虐性强,被WTO批准为世界范围内治疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物。近年研究发现青蒿素及其衍生物均有抗炎、抗纤维化、抗孕、抗血吸虫、抗弓型虫、抗心率失常等作用。
化学名::(3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR)-八氢-3,6,9-三甲基-3,12-氧桥-12H-吡喃并[4,3-j]-1,2-苯并二塞平-10(3H)-酮
别名:黄花蒿素
CasNo:63968-64-9
化学式:C15H22O5
分子量:282.33
结构式:见上图
物理性状:无色针状晶体,味苦。在丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶,在乙醇和甲醇、乙醚中可溶解,微溶于冷石油醚,在水中几乎不溶。熔点156-157℃,旋光度+69(c=0.5,CHCl3)。
化学性质:极易被硫酸亚铁还原,易于三苯磷反应。常规状态下较为稳定,但遇强碱则很快溶解,其内酯环打开的同时发生重排和分解。
青蒿素来源主要是从黄花蒿中直接提取得到;或提取黄花蒿中含量较高的青蒿酸,然后半合成得到。目前除黄花蒿外,尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。黄花蒿虽然系世界广布品种,但青蒿索含景随产地不同差异极大。据迄今的研究结果,除我国重庆东部、福建、广西、海南部分地区外,世界绝大多数地区生产的黄花蒿中的青蒿素含量都很低,无利用价值。据国家有关部门调查,在全球范围内,目前只有中国重庆酉阳地区武睦山脉生长的青蒿素才具有工业提炼价值。对这种独有的药物资源,国家有关部委从80年代开始就明文规定对青蒿素的原植物(青蒿)、种子、干鲜全草及青蒿素原料药一律禁止出口。在青蒿素的科研开发中,只鼓励有实力的中国企业参与因此,无论从资源还是研发上讲,我国具有明显的优势。
从青蒿中提取青蒿素的方法是以萃取原理为基础,主要有乙醚浸提法和溶剂汽油浸提法。挥发油主要采用水蒸汽蒸馏提取,减压蒸馏分离,其工艺为:投料—加水—蒸馏—冷却—油水分离—精油;非挥发性成分主要采用有机溶剂提取,柱层析及重结晶分离,基本工艺为:干燥—破碎—浸泡、萃取(反复进行)—浓缩提取液—粗品—精制。
半合成路线:从青蒿酸为原料出发,经过五步反应得到青蒿素,总得率约为35~50%。
第一步:青蒿酸在重氮甲烷/碘甲烷/酸催化下与甲醇反应,再在氯化镍存在的条件下,被硼氢化钠选择性还原得到二氢青蒿酸甲酯;
第二步:二氢青蒿酸甲酯在四氢呋喃或乙醚溶液中用氢化铝锂还原成青蒿醇;
第三步:青蒿醇在甲醇/二氯甲烷/氯仿/四氯化碳溶液中被臭氧氧化后得到过氧化物,抽干后再在二甲苯中用对甲苯磺酸处理得到环状烯醚;
第四步:环状烯醚溶解于溶剂中,在光敏剂玫瑰红/亚甲基蓝/竹红菌素等存在下进行光氧化合生成二氧四环中间体,再用酸处理得到脱羧青蒿素;
第五步:脱羧青蒿素在四氧化钌氧化体系或铬酸类氧化剂的作用下氧化得到青蒿素。
全合成路线:可由多种路线对青蒿素进行全合成。如Schmil等1983年报道了一条应用关键化合物烯醇醚在低温下的光氧化反应引进过氧基的全合成路线,反应以(-)-2-异薄荷醇为原料,保留原料中的六元环,环上三条侧链烷基化,形成中间体,最后环合成含过氧桥的倍半萜内酯。许杏祥等于1986年报道了青蒿素的化学合成途径,其合成以R-(+)-2香草醛为原料,经十四步合成青蒿素。
生物合成
青蒿素等倍半萜类的生物合成在细胞质中进行,途径属于植物类异戊二烯代谢途径,可分为三大步:由乙酸形成FPP,合成倍半萜,再内酯化形成青蒿素。:FPP→4,11-二烯倍半萜→青蒿酸→二氢青蒿酸→二氧青蒿酸过氧化物→青蒿素。目前在青蒿芽、青蒿毛状根和青蒿发根农杆菌等培养体系中进行的青蒿素合成技术极有可能被应用于工业生产。
青蒿素由于存在近期复燃性高、在油中和水中的溶解度低以及难以制成合适的剂型等不足,需对其结构进行改造,以期在保持青蒿素优良药理作用基础上开发新药,进一步改善和提高药效。而合成青蒿素衍生物蒿甲醚、蒿乙醚、青蒿琥酯、二氢青蒿素等克服了青蒿素复燃率高的弊病。
①蒿甲醚。其抗疟作用为青蒿素的10至20倍,目前其开发成功的剂型蒿甲醚注射液为主要含蒿甲醚的无色或淡黄色澄明灭菌油溶液。
②青蒿琥酯。是目前唯一的能制成水溶性制剂的青蒿素有效衍生物,给药非常方便。作为抗疟药,不但效价高,而且不易产生耐受性。
③双氢青蒿素。比青蒿素有更强的抗疟作用,它由青蒿素经硼氢化钾还原而获得。
青篙素是我国唯一得到国际承认的具有自主知识产权的抗疟新药。它发挥药理作用分两步:1、活化:青蒿素被疟原虫体内的铁催化,其结构中的过氧桥裂解,产生自由基;2、烷基化:第一步所产生的自由基与疟原虫蛋白发生络合,形成共价键,使疟原虫蛋白失去功能,从而死亡。此外,青蒿素还具有多种其他药理活性。
1、抗疟作用——通过产生自由基,对恶性疟原虫红内期的生物膜产生严重破坏作用,或与原虫蛋白结合,使之死亡。
2、抗卡氏肺孢子虫肺炎作用——青蒿素主要破坏卡氏肺孢子虫膜系结构,引起孢子虫滋养体胞浆及包囊内出现空泡,线粒体肿胀,核膜破裂,内质网肿胀,囊内小体溶解破坏等超微结构的改变。
3、保护肺组织作用——青蒿素及其衍生物可能通过降低脓毒症大鼠肺组织局部的内毒素(LPS)水平,抑制和减少了肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)等促炎细胞因子的表达和释放,进而减轻肺组织的损伤。
4、抗孕作用——青蒿素类药对胚胎有较高的选择性毒性,较低剂量即可使胚胎死亡而导致流产,有可能被开发为人工流产药物。
5、对肿瘤的作用——二氢青蒿素对白血病、黑色素瘤、结肠癌、前列腺癌和乳腺癌细胞株高度敏感,能显著下调K562细胞血管内皮生长因子(VEGF)蛋白和mRNA表达,有效抑制K562细胞的增殖。
6、抗血吸虫作用——其抗血吸虫活性基团是过氧桥,其药用机理是影响虫体的糖代谢。
7、治疗弓形虫感染作用——青蒿素主要作用于虫体细胞膜、线粒体及细胞核,继而广泛损伤其膜系结构,造成核膜断裂、线粒体肿胀、空泡样变性、内质网扩张甚至出现核碎裂、核溶解现象。
8、对心血管的作用——青蒿素能明显对抗结扎冠脉引起的心律失常,可使氯化钙、氯仿引起的心律失常发作时间明显推迟,室颤明显减少。
9、抗纤维化作用——与其抑制成纤维细胞增殖,降低胶原合成,抗组胺促胶原分解有关。
10、对免疫系统的作用——青蒿素能减少原虫感染动物IgG含量,使脾脏重量减轻,血中补体C3和血清总补体含量降低,控制血空斑和玫瑰花结形成细胞。
11、其它作用——二氢青蒿素对杜氏利什曼原虫有显著抑制作用并呈剂量相关性。青蒿提取物还可杀灭阴道毛滴虫和溶组织阿米巴滋养体。
青篙素口服后由肠道迅速吸收,0.5~1小时后血药浓度达高峰,4小时后下降一半,72小时血中仅含微量。它在红细胞内的浓度低于血浆中的浓度。吸收后分布于组织内,以肠、肝、肾的含量较多。青蒿素为脂溶性物质,易透过血脑屏障进入脑组织。在体内代谢快,主要从肾及肠道排出,24小时可排出84%,72小时仅少量残留。由于代谢与排泄均快,有效血药浓度维持时间短,不利于彻底杀灭疟原虫,故复燃率较高。
蒿甲醚片/胶囊/注射液
均为蒿甲醚类抗疟药
功效主治:适用于各型疟疾,但主要用于抗氯喹恶性疟的治疗和凶险型恶性疟的抢救。
复方青蒿安乃近片
功能主治:用于发热、鼻塞、咽喉肿痛、咳嗽、四肢酸痛及流行性感冒引起的症状
复方青蒿喷雾剂
由青蒿、黄芩、三七等药材配伍而成,从药材成分中提取有效成分生产的中药制剂。
功效主治:具有凉血、止痛、活血化瘀、生肌等功效,能有效治疗炎性外痔、血栓性外痔、内痔脱出者及顽固性痔疮有较好的治疗效果。
青蒿常山颗粒
兽药
功效主治:抗球虫。主治鸡球虫病。
①少数病人出现轻度恶心、呕吐、腹泻。
②个别病人可出现一过性转氨酶升高及轻度皮疹。
③肌肉注射部位较浅时可致局部疼痛与硬结。
④过量可出现红细胞减少、外周网织红细胞消失、心肌损伤与肾上皮细胞肿胀。
⑤有胚胎毒性,孕妇慎用。
当前,作为有全球90%以上疟疾病例的非洲大陆,90%以上的非洲国家药品依赖进口。氯喹类产品(主要是奎宁和氯喹)占世界抗疟药市场的80%。目前这些产品的治疗费用偏高,整个疗程费用达15~20美元左右,而且毒副作用大,同时由于疟原虫对现有的治疗药物具有一定的耐药性及恶性疟疾原虫株的出现,使疟原虫现已经产生抗药性(特别是东南亚地区抗药性疟原虫株已达80%)可以说这类药物现已基本失去了疗效,给疟疾的防治带来了困难。为此,国际上迫切需要寻找新的抗疟疾药物。而青蒿素类药物正好在抗氯喹原虫耐药株恶性疟等方面具有较大的优势。正如世界卫生组织热带传染病机构负责人戈达所说,青蒿素衍生物是当前治疗疟疾的换代新药。专家预铡,该类药物将会以极快的速度取代奎宁、氯喹等传统抗疟药而跃升为未来的主流药物,在世界抗疟药领域占领3~5成市场。青蒿素产业正在受到世界各国的广泛关注,已成为一个具有巨大市场前景的产业。作为特殊行业,医药产品的生命周期明显长于一般的工业产品,尤其是产品的市场引入期。一般一个全新药物的上市,引入期需要5~10年时间。我国青蒿素正处于市场引入期。尚未进入快速成长期。
我国虽然在青蒿素产业的资源和研发方面占有明显优势,但是,国内医药企业的营销力有限,市场开发策略走过弯路。我国医药产品出口历来以原料出口为主,贸易方式是“需求已经存在”的一般贸易。而青蒿素类产品为中国科学家首创,首先需要在目标市场“创造需求”,国内企业在国际市场营销的能力、人才、资金、经验等方面都显不足。
目前全世界每年抗疟药销售额高达15亿美元,但主要为西方国家制药厂垄断。我国尽管在抗疟药研制方面处于世界领先水平,但历史原因造成我国青蒿素产业尚未形成舍理的产业结构,青蒿素原料、产品、市场能力和科研能力分散于不同地区,不利于形成规模优势,行业竞争力随之大大下降。目前,我国生产的青蒿素产品在国际市场上的出口额不足700万美元,份额不足1%。自20世纪80年代以来,西方大医药公司争相以代理、买断等方式欲取得上述产品的市场控制权。
现在,青蒿素类的所有品种均已将国外市场开发权转让给西方医药公司。同时,这类药物由于未获专利保护而被西方多国竞相仿制,并被强先占领市场,目前主要的生产国除了我国之外,还有越南、法国、瑞士。我国科学家的研究成果成了外国医药公司的播钱树。青蒿素20年的发展历程,再次印证了个铁的事实:产品的成功井不等于市场的成功。
从国家的角度考虑,青蒿素产业国际化的意义绝不仅仅局限在每年10亿美元左右的潜在市场价值。更重要的是,由于青蒿素是我国少数几个拥有自主知识产权的药品之一,其在国际医药领域的地位对我国其他医药产品,尤其是中药有着不可忽视的带动作用,以青蒿素产业为先导援有可能带动中药国际化的快速发展,从而形成我国医药工业新的经济增长点。从应用研究、蒿草种植、原料提取一直到青蒿素制剂的生产和销售,我国正着手推进青蒿素产业化的进程,扶持青蒿素产业形成完整的产业链。
针对青蒿素产业现状,由国家给予集中的资金扶持。运用现代企业制度建立有原料、有产品、有市场、有科研,跨地区、跨所有制、跨国、跨领域的大型企业。通过实施产业化,提高原料的质量和产量,大幅度降低生产成本,迅速提丹我国青蒿素产业的国际竞争力。青蒿素类药物的疗效向世界公开之后,通过封锁原料药或天然资源如种子的出口来保持竞争优势并不现实,参与国际青蒿素类药的竞争,唯一的办法是创新,并通过申请专利保护自己的知识产权,保障自己在国际市场上的竞争优势。有专家建议,国内应成立一个股份制公司进行新药的研究、开发、生产和销售,并从盈利当中提成开展改造化学结构的新药研究或其它创新研究,以求实现持续性发展。而在这个进程中,只有将科学家的科研成果和企业家的经营策略有机地结合,才能更加顺利地不断向前推进。
| 黄花蒿 | 蒿甲醚 | 青蒿琥酯 |
| 二氢青蒿素 | 倍半萜 | 疟疾 |
| 疟原虫 | 奎宁 | 氯喹 |
李秀萍,等. 青蒿素及其衍生物的药用研究进展. 疾病监测与控制杂志,2008,2(7):449-450
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