蔣華良

2015年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，頒發(fā)給中國的屠呦呦，以及愛爾蘭的坎貝爾和日本的大村智。屠呦呦因“有關瘧疾新療法的發(fā)現(xiàn)”分享一半獎金，另兩位科學家因“有關旋盤尾線蟲感染新療法的發(fā)現(xiàn)”獲得另一半獎金。他們的發(fā)現(xiàn)對一些最具毀滅性的寄生蟲疾病的治療做出了革命性貢獻，為拯救人類生命，為改善人類健康、減輕病痛帶來的功德不可估量。

中國的屠呦呦、愛爾蘭的坎貝爾（William C.Campbell）和日本的大村智（Satoshi Omura）三人共享2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎?？藏悹柡痛蟠逯堑呢暙I是發(fā)現(xiàn)了一種治療由旋盤尾線蟲和淋巴絲蟲寄生引發(fā)的感染的新藥物——阿維菌素，屠呦呦則是發(fā)現(xiàn)了一種治療瘧疾的新藥物——青蒿素。他們的發(fā)現(xiàn)使得每年因此從中受益的患者可達數(shù)以百萬計。

很多寄生蟲會導致疾病發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，全世界有1/3的人不同程度地受到寄生蟲的感染。其中在撒哈拉以南非洲，南亞以及中南美洲情況尤為嚴重。盤尾絲蟲病和淋巴絲蟲病是兩種由寄生蟲感染導致的嚴重疾病。盤尾絲蟲病也稱“河盲癥”，患者出現(xiàn)持續(xù)的角膜炎癥并最終導致失明：淋巴絲蟲病感染超過l億人，患者出現(xiàn)全身腫脹癥狀，其引發(fā)的臨床癥狀令人難堪且會導致患者失去生活自理能力，如象皮病和陰囊淋巴積液等。瘧疾是一種主要通過蚊蟲叮咬而傳播的疾病，病原體侵襲紅細胞，引發(fā)患者發(fā)熱，嚴重時導致大腦損傷甚至死亡，寄生于人體的瘧原蟲會出現(xiàn)周期性規(guī)律發(fā)作，不同瘧原蟲產(chǎn)生的問題還有差異，可多次、反復發(fā)作。全世界有超過34億人面臨感染瘧疾的風險，每年有超過45萬人被瘧疾奪去生命，其中很大一部分是兒童。長期以來，人類對抗這些疾病的藥物并沒有出現(xiàn)較大的突破，但是這三位獲獎者的工作從根本上改變了這種狀況。

作為微生物學家的大村智擅長從微生物中分離藥物，他從土壤樣品中分離出鏈霉菌菌株，并在實驗室中培養(yǎng)，最終提取到一系列抗菌物質(zhì)?？藏悹柺羌纳x生物學家，他在大村智提取的抗菌物質(zhì)中，經(jīng)深度挖掘、提煉，發(fā)現(xiàn)其中一種成分可有效殺死家畜和農(nóng)場動物的寄生蟲。該物質(zhì)被命名為阿維菌素，其衍生物是效果更佳的藥物——伊維菌素。屠呦呦則從青蒿中提取出青蒿素，有非常好的抗瘧原蟲效果，可在瘧原蟲發(fā)育早期就快速殺滅它們。

坎貝爾1930年出生于愛爾蘭，1952年獲都柏林大學三一學院學士學位，1957年獲美國威斯康星大學博士學位，1957-1990年，在默克研究所從事治療性藥物研究?，F(xiàn)在是新澤西州德魯（Drew）大學麥迪遜分校的名譽研究員。大村智1935年出生于日本，1968年獲日本東京大學博士學位，1970年獲東京理科大學化學博士學位。1965-1971年，大村智在日本北里（Kitasato）研究所任研究人員，1975-2007年在日本北里大學任教授，現(xiàn)在是北里大學的名譽教授。

諾貝爾獎與抗感染性疾病藥物

人類社會發(fā)展的歷史也是一部與感染性疾病斗爭的歷史，藥物是人類與感染性疾病斗爭、維護生命和健康的重要武器。由致病微生物（寄生蟲、病毒、細菌或真菌）引起的疾病稱為感染性疾病，可直接或間接地在人與人之間傳播。歷史上，由于沒有有效藥物的治療，感染性疾病的致死率很高。例如，1940年代以前，人類一直未能掌握一種能高效治療細菌性感染且副作用小的藥物，當時若有人患了肺結(jié)核，就意味著此人不久就會離開人世，有人也會因咽喉、口腔和消化道感染鏈球菌而死亡。

至今，諾貝爾生理學或醫(yī)學獎共有三次獎勵抗感染性疾病藥物的工作。第一次是德國病理學和細菌學家多馬克（G.J.P.Domagk），他因發(fā)現(xiàn)一種人工合成的染料百浪多息（一種磺胺類化合物）具有抗菌作用，獲1939年度的諾貝爾獎。第二次是英國微生物學家和生物化學家弗萊明（A.Fleming），他發(fā)現(xiàn)了青霉素，后經(jīng)德籍英國生物化學家錢恩爵士（Sir E.B.Chain）和澳大利亞病理學家弗洛里（H.W.Florey）分離純化和工業(yè)化生產(chǎn)，有效控制了肺結(jié)核等細菌感染疾病，三人分享1945年度的諾貝爾獎。2015年度的獎是第三次授予抗感染性疾病藥物的發(fā)現(xiàn)。

縱觀諾貝爾獎的歷史，諾貝爾獎很多次授予促進藥物研發(fā)的基礎研究和技術(shù)發(fā)明，但僅6次（共13人）直接授予藥物發(fā)明者。

在歷史長河中，瘧疾曾列為蹂躪人類時間最長的疾病，古印度人將這種傳染性和致死率極高的病稱作“疾病之王”。早在公元前二三世紀，古羅馬的文學作品中已將瘧疾描述為周期性疾病。我國最早詳細記載瘧疾的是先秦時期成書的《黃帝內(nèi)經(jīng)》，當時人們對這種傳染病束手無策，甚至認為是神降于人類的災難。蘇美爾人就認為瘧疾是由瘟疫之神涅伽爾（Nergal）帶來的。直到1980年代，戰(zhàn)勝瘧疾一直是醫(yī)學和藥學領域的重要課題。英國醫(yī)生、微生物學家羅斯爵士（Sir R.Ross）長期從事熱帶病防治，曾以軍醫(yī)身份參加第三次緬甸戰(zhàn)爭。1897年，羅斯爵士發(fā)現(xiàn)蚊子是傳播瘧疾的媒介，因此獲得1902年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。從1901年開始頒發(fā)的諾貝爾獎，第二年就頒發(fā)給了瘧疾相關研究，可見其危害性和相關研究的重要性。1884年，拉韋朗（A.Laveran）確認瘧疾是由原生動物瘧原蟲引起的，而非之前所認為的細菌，獲得1907年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。奧地利醫(yī)生瓦格納一堯雷格（J.W.R.von Wagner-Jauregg），曾通過引發(fā)高燒來治療精神疾病。1887年他利用丹毒與結(jié)核菌治療精神疾病，但效果不好，1917年轉(zhuǎn)而采用瘧原蟲接種來治療麻痹性癡呆，取得非常好的效果。堯雷格因此項研究獲得1927年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

青蒿素研究歷程

屠呦呦1930年12月出生于浙江寧波.1951年考入北京大學醫(yī)學院（現(xiàn)北京大學醫(yī)學部）藥學系，1955年畢業(yè)分配在衛(wèi)生部中醫(yī)研究院中藥所工作，之后接受了兩年半的中醫(yī)培訓，后一直工作于中國中醫(yī)研究院（現(xiàn)中國中醫(yī)科學院），任中藥研究所研究員。她的獲獎實現(xiàn)了中國人在科學類諾貝爾獎項的一大突破。正如李克強總理在賀信中所說的，此次獲獎是中國科技繁榮進步的體現(xiàn)，是中醫(yī)藥對人類健康事業(yè)做出巨大貢獻的體現(xiàn)，充分展現(xiàn)了我國綜合國力和國際影響力的不斷提升。青出于藍而勝于藍。為什么這么說，首先，藥物研發(fā)的歷史與染料化學和植物化學的發(fā)展密切相關，染料靛青色是從另一種染料蓼藍中提取的，但顏色更深；其次，青蒿素是中草藥黃花蒿的提取物，但療效超過植物藥本身；第三，青蒿素的研發(fā)過程就是現(xiàn)代科技和傳統(tǒng)中醫(yī)藥的結(jié)合，必將取得更大突破；第四，科學研究的過程中必定是長江后浪推前浪，一輩新人在成長，希望作為冷門學科的中醫(yī)藥研究、植物藥研究，還有植物化學領域的研究，藉此契機得以被關注，青出于藍而勝于藍。

研究立項背景

1960年代中期，在越南抗美戰(zhàn)爭不斷升級的關鍵時刻，應當時越南領導人的要求，毛澤東主席、周恩來總理指示有關部門把解決熱帶地區(qū)部隊遭受瘧疾侵害，嚴重影響部隊戰(zhàn)斗力、軍事行動等問題，作為一項緊急援外、戰(zhàn)備的重要任務立項。由軍隊和地方的60多家科研院所和企業(yè)共同組成了500多人的大協(xié)作科研隊伍，青蒿素的研究成果就是在這一歷史背景下，通過分工協(xié)同的組織模式誕生的。1967年5月23日在北京飯店召開了瘧疾防治藥物研究工作的協(xié)作會議，這就是“523”瘧疾防治藥物研究項目的由來?！?23”項目持續(xù)了十多年，直到1978年在揚州召開青蒿素鑒定會，正式宣告中國的抗瘧新藥——青蒿素誕生。“523”項目研究期間，成立了包括化學合成藥、中醫(yī)中藥、驅(qū)避劑、現(xiàn)場防治四個專業(yè)協(xié)作組。從已有化合物、合成的新化合物，以及天然產(chǎn)物的中藥中篩選抗瘧藥物。

屠呦呦于1969年加入國家衛(wèi)生部中醫(yī)研究院中藥研究所的523項目組，并擔任組長，組員有余亞綱、倪慕云、鐘裕蓉等。中藥研究所的強項是中藥，所以它是研制抗瘧藥物的主要單位。1969年4月，中醫(yī)研究院革委會業(yè)務組編寫了有640余方的《瘧疾單秘驗方集》，屠呦呦等從中篩選出對鼠瘧效果較好的胡椒提取物參加海南現(xiàn)場試驗，但臨床效果并不好。回北京后，余亞綱再次查閱中醫(yī)藥文獻，搜集了808味可能抗瘧的中藥，提出“重點篩選藥為烏梅、烏頭、鱉甲、青蒿等”。鱉甲、青蒿在高郵等地區(qū)的民間被用作抗瘧藥物。軍事醫(yī)學科學院進行抗鼠瘧藥物篩選中，青蒿的乙醇提取物曾出現(xiàn)約70%左右的抑制率。但在1971年下半年，屠呦呦復篩以前試驗中表現(xiàn)出較高效價的中藥，發(fā)現(xiàn)青蒿95%乙醇提取物的鼠瘧抑制率僅為40%。屠呦呦汲取東晉葛洪（公元284-364年）的《肘后備急方》中青蒿截瘧的經(jīng)驗，認為青蒿抗瘧的有效物質(zhì)可能存在于親脂組分中，且忌高溫。于是改用乙醚低溫提取，結(jié)果效價顯著提高，鼠瘧抑制率達99%100%，但毒性大。在去除提取物中的酸性組分、保留中性組分之后，毒性降低。又經(jīng)反復實驗，終于1971年10月4日，在經(jīng)歷了190次失敗后，獲得的191號青蒿中性提取物樣品，展現(xiàn)出對鼠瘧lOO%的抑制率。1972年3月，屠呦呦在南京的523中草藥專業(yè)會議上報告了這一成果，得到廣泛關注。

1972年8-10月，屠呦呦等赴海南進行中性提取物“醚中干”的20余例臨床試驗，取得很好效果。同時，在北京的組員對中性提取物進一步純化。11月8日，鐘裕蓉由氧化鋁柱層析改用硅膠柱層析，分得三種結(jié)晶，并通過鼠瘧篩選證實其中結(jié)晶II是唯一有效的單體，并命名為“青蒿素II”。1973年9-10月使用青蒿素II進行臨床試驗，對間日瘧有效，但未證實對惡性瘧的效果。

受北京中藥所青蒿素中性提取物的啟示，云南省藥物所羅澤淵在云南大學校園內(nèi)發(fā)現(xiàn)很多苦蒿，便特意采集一些帶回研究所，并于1973年4月用乙醚提取物分離，直接得到有效的結(jié)晶單體。經(jīng)中科院昆明植物所吳征鎰鑒定，這種苦蒿是黃花蒿的變型，即大頭黃花蒿，于是將這一結(jié)晶稱為“黃蒿素”。同年6月，由于當?shù)刭Y源少，云南省藥物所又從四川省酉陽地區(qū)（今重慶酉陽）購來一批黃花蒿，發(fā)現(xiàn)其中黃蒿素的含量比云南的大頭黃花蒿高出10倍。他們發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)黃花蒿和后來改進的“溶劑汽油法”提取工藝，為青蒿素大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎。1973年11月，山東中醫(yī)藥所魏振興等也提取出有效單體，并命名為“黃花蒿素”。云南和山東提取的有效單體在臨床上應用良好，并最終確認與北京中藥所的青蒿素II是同一種物質(zhì)，遂統(tǒng)一命名為“青蒿素”。

黃花蒿（Artemisia annua L.）是一年生菊科植物。各地青蒿藥材中的青蒿素含量大不相同，北方和長江下游地區(qū)及國外的青蒿中，青蒿素含量很低，只有云南、貴州、四川一帶的青蒿中青蒿素含量較高，且青蒿素在青蒿開花前含量最高，開花后含量迅速降低，這可能就是此前篩選中抗瘧效果忽高忽低的原因。廣州中醫(yī)學院李國橋等進行了大規(guī)模臨床試驗，青蒿素治療瘧疾大獲成功。

青蒿素結(jié)構(gòu)改造

在了解到青蒿素是抗瘧藥物的核心物質(zhì)后，就要知道其結(jié)構(gòu)，否則對后續(xù)藥物研發(fā)都是一個障礙。1973年屠呦呦來到中科院上海有機化學所，討論合作測定青蒿素的結(jié)構(gòu)。1975年4月在成都召開的全國523中草藥專業(yè)會議上，中國醫(yī)科院北京藥物所科研人員曾報告天然產(chǎn)物鷹爪素含有過氧橋結(jié)構(gòu)，對青蒿素結(jié)構(gòu)測定工作起到了啟示作用。中科院上海有機化學所周維善、吳毓林、吳照華等與中藥研究所倪慕云、樊菊芬和劉晶明等合作，確定青蒿素是含有過氧基團的倍半萜內(nèi)酯。同年底，中科院生物物理所李鵬飛等用反常X射線晶體衍射法測定出青蒿素的絕對構(gòu)型。

早期臨床研究中，數(shù)百名腦型和重癥瘧疾患者在應用青蒿素后迅速康復。但是，青蒿素在水中和油中的溶解度很差，無法制成用于治療昏迷或嘔吐患者的合適劑型，另一缺點是復發(fā)率高。1976年2月，全國523項目領導小組決定進行青蒿素化學結(jié)構(gòu)的改造，以尋找抗瘧效果更好、溶解度更大的青蒿素衍生物。

中科院上海藥物所組織合成化學、植物化學和藥理學方面的研究人員，圍繞青蒿素化學結(jié)構(gòu)進行衍生物合成和構(gòu)效關系研究。他們的研究思路是：

根據(jù)這一思路研究出來的化合物油溶性好，克服了青蒿素溶解度低的問題。通過毒性實驗、穩(wěn)定性、溶解度及生產(chǎn)成本等因素的綜合考量，最終選定代號為SM224（青蒿素甲醚衍生物，活性是青蒿素的6倍）的衍生物作為候選藥。并對SM224的藥理毒性及藥物吸收、分布、排泄、藥物代謝動力學、胚胎毒性、致畸性，及其在體內(nèi)的化學轉(zhuǎn)化等方面進行了系統(tǒng)研究。上海第十制藥廠負責油針劑的制備，定量分析方法由上海市藥品檢驗所王仲山等人研究提供。1978年夏天，SM224臨床前各項研究工作順利完成。時任中科院上海藥物所副所長嵇汝運將SM224命名為“蒿甲醚”（artemether）。

1978年，全國523辦公室把經(jīng)過審批的蒿甲醚首次臨床試驗放在海南現(xiàn)場進行，由廣州中醫(yī)學院523臨床研究小組承擔。試驗非常成功。中科院上海藥物所陳仲良、殷夢龍研究成功蒿甲醚的制備方法——用鉀硼氫替代鈉硼氫的一步反應法。之后，523辦公室組織昆明制藥廠承擔蒿甲醚的規(guī)模制備任務。1980年初夏，中科院上海藥物所朱大元和殷夢龍到昆明制藥廠擴大中試，該廠王典五主持蒿甲醚及其油針劑的試產(chǎn)任務。

在大規(guī)模臨床試驗中，蒿甲醚共治療829例惡性瘧病人，近期治愈率100%，追蹤治愈病人354例，一個月復發(fā)率僅為7%，遠低于青蒿素治療的復發(fā)率。

1977年6月，桂林制藥廠劉旭等受中科院上海藥物所青蒿素衍生物研究報告的啟發(fā)，也開展了青蒿素類似物的研究，獲得青蒿素琥珀酸酯衍生物（代號804）。經(jīng)試驗證明具有較好療效，最后做成鈉鹽粉針劑進行臨床研究，獲得成功。青蒿琥酯水溶性較好，可制成片劑使用。

到1990年代，軍事醫(yī)學科學院又研制出苯芴醇及蒿甲醚一苯芴醇復方藥物。這些復方藥物在非洲等國家和地區(qū)拯救了數(shù)百萬人的生命，擴大了青蒿素的國際影響。

青蒿素后續(xù)研究

青蒿素類化合物在免疫學領域的應用拓展。中科院上海藥物所開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的具新結(jié)構(gòu)的水溶性青蒿素衍生物-SM934.用以治療自身免疫性疾病——系統(tǒng)性紅斑狼瘡，效果很好，其作用的靶向細胞是IL-17+T細胞，作用機制明確，是治療狼瘡的1.1類化學新藥，已進入臨床研究。

青蒿素全合成的產(chǎn)業(yè)化研究。全球?qū)η噍锼仡惪汞懰幮枨罅亢艽蟆５噍镏星噍锼睾亢艿?，原料來源又較稀缺，全球80%原料青蒿來自重慶酉陽。1噸黃花蒿只能提取6-8公斤青蒿素，成本4000-6000元/公斤。生產(chǎn)過程又產(chǎn)生大量廢料，既浪費原料，又嚴重污染環(huán)境。當時不知道植物基因組，所以也不能通過生物合成途徑生產(chǎn)青蒿素。上海交大張萬斌帶領手性合成與催化團隊，從2005年開始，經(jīng)過7年探索，實現(xiàn)“青蒿素”高效人工合成，將其生產(chǎn)成本大幅降低，其研發(fā)的特定催化劑可將青蒿酸還原后得到的二氫青蒿素經(jīng)過一個無需光照的常規(guī)合成途徑，即可方便高效地得到過氧化二氫青蒿酸，再經(jīng)氧化重排，可高收率地得到青蒿素，該工藝適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2013年美國的基斯林（J.Keasling）應用合成生物技術(shù)成功地在轉(zhuǎn)基因酵母中生產(chǎn)出青蒿素合成前體——青蒿酸，使得利用酵母生產(chǎn)青蒿素取得突破性和革命性進展。青蒿素的生物活性與過氧鍵密不可分，但催化青蒿酸形成青蒿素的環(huán)內(nèi)過氧鍵合酶卻一直沒有找到。2015年11月中科院微生物所張立新團隊證明，催化這類反應的環(huán)內(nèi)過氧鍵合酶元件可能來源于與黃花蒿共生的真菌。他們從幾株曲霉和青霉菌種中分離出具有抗感染等多種生物活性的含過氧橋鍵萜類吲哚生物堿真菌毒素，證明該化合物中的過氧橋鍵是由一個依賴α-酮戊二酸的單核非血紅素酶——FtmOxl催化合成。

現(xiàn)代藥物研究與天然產(chǎn)物

現(xiàn)代藥物研究與天然產(chǎn)物密不可分，天然產(chǎn)物是新藥研究的重要源泉。迄今從天然產(chǎn)物資源中得到了大量的活性有效成分，臨床曾使用的1萬多種藥物，60%的藥物或其先導化合物來自天然產(chǎn)物。天然產(chǎn)物來源有植物、微生物、動物。青霉素和阿維菌素是微生物的次生代謝產(chǎn)物。植物來源的藥物，著名的有阿司匹林，它是由水楊樹中提取的水楊甘水解后再乙?；玫降?；治療瘧疾的第一種藥物是從金雞納樹樹皮中提取的金雞納堿（奎寧）。青蒿素類藥物問世前，它是治療瘧疾的主打藥物。

我國原創(chuàng)的源于天然產(chǎn)物的藥物有麻黃素（解痙攣）、延胡索酸（止痛）、葛根素（保護心血管）、天麻素（鎮(zhèn)定催眠）等。我國在國際上有較大影響的新藥研究成果，大部分以中藥和天然藥物為基礎研發(fā)成功。如青蒿素類抗瘧新藥研究、三氧化二砷治療白血病研究、抗早老性癡呆藥物石杉堿甲研究、抗肝炎新藥聯(lián)苯雙酯和雙環(huán)醇研究、治療缺血性腦卒中藥物丁苯肽研究等。所以，實現(xiàn)我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)由仿制為主到創(chuàng)新為主的轉(zhuǎn)變，必須走一條符合我國實際的自主創(chuàng)新道路。我國植物種類居世界第三位，天然藥物和中醫(yī)藥資源都有很好的優(yōu)勢。從歷史來看，我國天然藥物研究具有堅實的基礎和豐富的積累。幾千年來，傳統(tǒng)中醫(yī)藥學應用中藥治療疾病，積累了豐富的經(jīng)驗，為發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新藥提供了寶貴的線索和基礎。許多老一輩科學家在十分困難的條件下，開拓中藥的現(xiàn)代研究，比如延胡索堿、麻黃堿等中藥研究，取得了世界藥學、生理學和醫(yī)學發(fā)展史上具里程碑意義的成就。

深思這次獲獎給我們的啟示，正如屠呦呦的獲獎感言：“青蒿素的發(fā)現(xiàn)是集體發(fā)掘中藥的成功范例，由此獲獎是中國科學事業(yè)、中醫(yī)中藥走向世界的一個榮譽。青蒿素是中醫(yī)藥送給世界人民的一個禮物?！敝Z貝爾獎的競爭是國際科技最高水平的競爭，獲獎似乎有一定的偶然性。但偶然性里也包含著必然性。中醫(yī)藥學是中華文明的寶庫，已積累了豐富的探索經(jīng)驗，包含著深邃的哲學智慧，經(jīng)受了上千年的實踐檢驗。它為當今生命科學和醫(yī)學創(chuàng)新發(fā)展提供了深厚的基礎和取之不盡的源泉。