■ 瑞 健

石油醚：青蒿素背后的無(wú)名英雄

■ 瑞 健

2015年10月5日，美國(guó)科學(xué)家William C. Campbell（威廉.坎貝爾）、日本科學(xué)家Satoshi mura（聰大村）以及中國(guó)女科學(xué)家Youyou Tu（屠呦呦）獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。其中，屠呦呦是我國(guó)著名藥學(xué)家，其獲得諾貝爾獎(jiǎng)的主要貢獻(xiàn)是從黃花蒿中提取了青蒿素——一種具有抗瘧疾效果的藥用成分，該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)挽救了很多人的生命。這不僅實(shí)現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)家獲諾貝爾獎(jiǎng)零的突破，同時(shí)也使中藥在國(guó)際上獲得了極大認(rèn)可。

一年之后，我們?cè)僖黄鹫J(rèn)識(shí)一下這個(gè)神奇的藥品青蒿素，它和石油又有什么樣的淵源。

神奇的中藥——青蒿素

青蒿（Artemisia carvifolia）一年生草本。莖直立，上部多分枝，具縱棱線。夏季開(kāi)花，頭狀花序半球形，成圓錐狀，花管狀，外面為雌花，內(nèi)層為兩性花。青蒿含揮發(fā)油，也含艾蒿堿 ( abrotanine，C21 H22N2O）及苦味素等。

青蒿可以入藥，但非中藥“青蒿”之正品。青蒿素是從黃花蒿莖葉中提取的有過(guò)氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯藥物，或提取青蒿中含量較高的青蒿酸，然后半合成得到。青蒿雖然是世界廣布品種，但青蒿素含量隨產(chǎn)地不同差異極大。研究證實(shí)，除中國(guó)重慶東部、福建、廣西、海南部分地區(qū)外，世界絕大多數(shù)地區(qū)生產(chǎn)的青蒿中的青蒿素含量都很低。

青蒿素良好的臨床療效吸引了人們對(duì)其藥用價(jià)值進(jìn)行深入研究，繼而揭示了青蒿素更多的臨床應(yīng)用。屠呦呦1 971年首先從黃花蒿中發(fā)現(xiàn)抗瘧有效提取物，1972年又分離出新型結(jié)構(gòu)的抗瘧有效成分青蒿素（Arteannuin、Artemisinine、Qinghaosu），1979年獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。20世紀(jì)80年代初，經(jīng)科研人員初步研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素具有抗血吸蟲(chóng)的作用。臨床證實(shí)，青蒿素及其衍生物在治療瘧疾的過(guò)程中，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特別明顯的不良反應(yīng)。2011年9月屠呦呦因創(chuàng)制新型抗瘧藥——青蒿素和雙氫青蒿素的貢獻(xiàn)，獲得被譽(yù)為諾貝爾獎(jiǎng)“風(fēng)向標(biāo)”的拉斯克獎(jiǎng)。這是中國(guó)生物醫(yī)學(xué)界迄今為止獲得的世界級(jí)最高級(jí)大獎(jiǎng)。

青蒿素具有速效和低毒的特點(diǎn)，曾被世界衛(wèi)生組織稱作是“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”。它對(duì)鼠瘧原蟲(chóng)紅內(nèi)期超微結(jié)構(gòu)的影響，主要是瘧原蟲(chóng)膜系結(jié)構(gòu)的改變。其抗瘧疾作用機(jī)理主要是在治療瘧疾的過(guò)程中通過(guò)青蒿素活化產(chǎn)生自由基，自由基與瘧原蛋白結(jié)合，作用于瘧原蟲(chóng)的膜系結(jié)構(gòu)，對(duì)瘧原蟲(chóng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及其功能造成破壞，且細(xì)胞核內(nèi)的染色質(zhì)也受到一定的影響。青蒿素還能使瘧原蟲(chóng)對(duì)異亮氨酸的攝入量明顯減少，從而抑制蟲(chóng)體蛋白質(zhì)的合成。

石油醚的名片

在天然、綠色大行其道的當(dāng)下，人工、合成、化工的標(biāo)簽似乎在人前抬不起頭來(lái)。不過(guò)，在青蒿素這一神奇的天然藥物背后，還躲著一個(gè)無(wú)名戰(zhàn)士——石油醚。

石油醚（Petroleum ether）又名石油精，在青蒿素的生產(chǎn)過(guò)程中，是作為一種溶劑而存在的。它是一種輕質(zhì)石油產(chǎn)品，為無(wú)色透明液體，有煤油氣味。石油醚主要由戊烷和己烷組成，含有少量不飽和烴，不溶于水，溶于無(wú)水乙醇、苯、氯仿、油類等多數(shù)有機(jī)溶劑。石油醚易燃易爆，與氧化劑可強(qiáng)烈反應(yīng)，所以從生產(chǎn)，貯運(yùn)到使用，都必須嚴(yán)格注意防止火災(zāi)的發(fā)生。

石油醚通常用鉑重整抽余油或直餾汽油經(jīng)分餾、加氫或其他方法制得，一般有30～60℃、60～90℃、90～120℃等沸程規(guī)格。同樣是從石油中得到的，但石油醚與汽油、柴油物理化學(xué)性質(zhì)不同，用途也有很大區(qū)別。石油醚主要用作香料、油脂等的萃取劑和精制溶劑，如有機(jī)溶劑及色譜分析溶劑，有機(jī)高效溶劑、醫(yī)藥萃取劑、精細(xì)化工合成助劑等，也用作發(fā)泡塑膠的發(fā)泡劑和藥物、香精的萃取劑。石油醚也可用于有機(jī)合成和化工原料，用于有機(jī)合成和化工原料，如制取合成橡膠、塑料、錦綸單體、合成洗滌劑、農(nóng)藥等。

關(guān)于石油醚，還有一個(gè)謎一樣的問(wèn)題，那就是石油醚的化學(xué)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有醚鍵（C-O-C）。將其稱為“醚”，其實(shí)是一種古老的叫法。石油醚是從石油里提煉出來(lái)的，極性與醚類相當(dāng)，當(dāng)時(shí)人們并不清楚它的成分，以為它就是醚類物質(zhì)，所以就將其稱作“醚”，并一直延續(xù)至今。

青蒿素的發(fā)現(xiàn)和“523”項(xiàng)目

上世紀(jì)60年代開(kāi)始出現(xiàn)了抗藥性的瘧原蟲(chóng)，尤其是東南亞和非洲地區(qū)甚至已到了無(wú)有效藥物可用的地步，而當(dāng)時(shí)的越南戰(zhàn)爭(zhēng)則更凸現(xiàn)這一問(wèn)題的嚴(yán)重性。越南方面向中國(guó)提出了協(xié)助解決瘧疾困擾的請(qǐng)求，中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人接受了，并確立了由全國(guó)多部門參加、以瘧疾防治藥物研究為主要任務(wù)的代號(hào)“523”的緊急軍工項(xiàng)目。項(xiàng)目為解決抗藥性的問(wèn)題除注意化學(xué)合成新化合物外，更期望從中藥中發(fā)現(xiàn)新的抗瘧有效成分。正是在“523”項(xiàng)目的組織下各參加單位數(shù)年間篩選了數(shù)以百計(jì)的中草藥藥材，從中獲得了一批有效單體，再?gòu)目汞懟钚?、毒性和植物資源等方面的因素選出了青蒿素作為重點(diǎn)研究對(duì)象。

早在晉代葛洪的《肘后備急方》的《治寒熱諸瘧第十六》中，中藥青蒿的抗瘧作用就已經(jīng)被提及，但藥材青蒿所指的植物并不明確，直至1977年版的《中華人民共和國(guó)藥典》中還稱包括青蒿（Artemisia apiacea Hance）和黃花蒿（Artemisia annua L.）。這兩種植物，后來(lái)知道僅在黃花蒿中含有青蒿素，因此以后版本藥典的青蒿就僅指植物黃花蒿，即使是黃花蒿，其中青蒿素的含量也與產(chǎn)地大有關(guān)系，歐美和中國(guó)北方乃至東部產(chǎn)的黃花蒿中青蒿素含量很低。即便中國(guó)西南地區(qū)產(chǎn)的高含量黃花蒿中，青蒿素的含量也僅0.6%～1.1%。相對(duì)于金雞納樹(shù)皮中含有5%的奎寧生物堿來(lái)講，青蒿素的發(fā)現(xiàn)就要困難得多了。

上世紀(jì)60年代曾進(jìn)行過(guò)中藥青蒿的分離研究，但未有所獲，有可能是所取藥材不對(duì)或提取條件不合適。1971年發(fā)現(xiàn)市售青蒿用乙醚提取得到的提取液殘?jiān)鼘?duì)鼠瘧原蟲(chóng)的抑制率可達(dá)100%，而且在初步的臨床試驗(yàn)中也取得了較好的效果。1972年8月，屠呦呦帶隊(duì)在海南島觀察乙醚中性提取物的臨床療效，組員倪慕云、鐘裕蓉以及助手崔淑蓮在所里進(jìn)行有效單體的分離。鐘裕蓉按文獻(xiàn)方法用硅膠柱層析，石油醚—乙醚（后改為石油醚—乙酸乙酯）梯度洗脫，分離乙醚中性提取物。于1972年11月8日，分離得到3種結(jié)晶，命名為No1（針晶Ⅰ）、No2（針晶Ⅱ）和No3（結(jié)晶Ⅲ）。藥理室的葉祖光等人做鼠瘧篩選，證實(shí)針晶Ⅱ是唯一有抗瘧作用的單體，可使瘧原蟲(chóng)全部轉(zhuǎn)陰。中藥研究所后來(lái)將此針晶Ⅱ命名為“青蒿素Ⅱ”，后稱青蒿素。

不久之后，發(fā)現(xiàn)了四川（現(xiàn)重慶）酉陽(yáng)產(chǎn)的黃花蒿含有較其它地區(qū)高得多的青蒿素，后來(lái)在酉陽(yáng)建立了第一家噸級(jí)規(guī)模的青蒿素生產(chǎn)廠。

受屠呦呦研究成果的啟發(fā)，云南省藥物研究所用石油醚從苦蒿中提取出青蒿素，于1 974年1 0月交給李國(guó)橋的小組進(jìn)行臨床驗(yàn)證。在臨床驗(yàn)證階段，李國(guó)橋團(tuán)隊(duì)在云南瘧疾流行區(qū)治愈了3例重癥瘧疾和大量普通瘧疾。1975年1月底，李國(guó)橋回到廣州后完成了青蒿素驗(yàn)證報(bào)告，在3月份的“523”項(xiàng)目全國(guó)中草藥協(xié)作會(huì)議上做了報(bào)告。全國(guó)各機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)幾年的努力，最后在1 978年完成了青蒿素項(xiàng)目的驗(yàn)收。

研究還在繼續(xù)

除了石油醚，現(xiàn)在已經(jīng)有了更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)支持青蒿素的發(fā)展。

全球?qū)汞懠菜幬镄枨蠛芨?，但大批量廉價(jià)生產(chǎn)始終還做不到，因?yàn)榍噍锷L(zhǎng)的地域和數(shù)量受限。為此，世界各地的科學(xué)家將研究重點(diǎn)放在了原材料的開(kāi)拓方面。德國(guó)馬克斯普朗克研究所（Max Planck Institute，簡(jiǎn)稱“MPI”）分子植物生理學(xué)研究所專家發(fā)明了從煙草中提取青蒿素的方法，從而可以滿足大批量廉價(jià)生產(chǎn)抗瘧疾藥物的需要。

科研小組把這種新方法稱作COSTREL：先將青蒿素合成中關(guān)鍵酶的基因轉(zhuǎn)移到煙草植物的葉綠體遺傳細(xì)胞中，改變?nèi)~綠體基因，然后產(chǎn)生所謂的葉綠體轉(zhuǎn)化煙草。接著在篩選出的最佳葉綠體轉(zhuǎn)化煙草中，將另一組添加的基因注入植物細(xì)胞核內(nèi)，這種添加的基因可調(diào)節(jié)煙草物質(zhì)代謝途徑，并提高青蒿素含量。研究小組對(duì)600多種具有不同青蒿素物質(zhì)轉(zhuǎn)化基因的煙草進(jìn)行了試驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)了每公斤能提取120毫克青蒿素。

瘧疾是一種危害性極大的熱帶傳染病，每年要奪走約50萬(wàn)人生命。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，青蒿素仍將成為抗擊瘧疾的主要和最有力武器。利用煙草提取青蒿素，可以低成本大批量生產(chǎn)抗瘧疾藥，滿足發(fā)展中國(guó)家的患者需求。先進(jìn)的基因技術(shù)，將會(huì)使生產(chǎn)出更多的青蒿素成為可能，挽救更多人的生命。當(dāng)然，青蒿素的提取，仍然離不開(kāi)溶劑——石油醚。

隨著時(shí)間的推移，青蒿素的抗腫瘤、增強(qiáng)非特異性免疫、抗真菌等作用逐漸被人們發(fā)現(xiàn)。在臨床上，青蒿素與冬蟲(chóng)夏草合用，可以抑制狼瘡腎炎的復(fù)發(fā)，以達(dá)到保護(hù)腎臟的功效?？梢钥隙ǖ氖?，青蒿素等類似天然藥物將會(huì)被更多地應(yīng)用于臨床療效中，繼續(xù)它的神奇之旅。而石油醚，這個(gè)躲在青蒿素身后的無(wú)名英雄，則將在挽救更多人生命的道路上繼續(xù)努力，越走越遠(yuǎn)。