青蒿素的抗疟疾作用

【概述】

青蒿素(artemisinin,QHS)是从中草药青蒿中分离得到的含过氧桥的新型倍半萜内酯。青蒿素结构独特、高效低毒,具有清热解毒,抗肿瘤、抗菌、抗疟,增强免疫等药理作用,对脑型疟、恶性疟等有特效,是我国唯一获得国际认可的抗疟新药,已成为世界卫生组织推荐的治疗疟疾的理想药物。

【理化性质】

青蒿素为无色针状结晶,熔点为156～ 157℃ ,易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯,可溶于乙醇、乙醚,微溶于冷石油醚,几乎不溶于水。因其具有特殊的过氧基团,对热不稳定,易受湿、热和还原性物质的影响而分解。

【药理作用】

1.抗疟疾作用 青蒿素具有特殊的药理学性质，对疟疾有非常好的治疗效果。在青蒿素的抗疟疾作用过程中，青蒿素通过干扰疟原虫体内的表膜-线粒体功能，导致虫体结构的全部瓦解。这个过程主要分析为：青蒿素分子结构中的过氧基通过氧化产生自由基，自由基与疟原蛋白结合，进而作用于疟原虫的膜系结构，破坏其泡膜、核膜以及质膜，使其线粒体肿胀且内外膜脱落，最终破坏疟原虫的细胞结构和功能，在这个过程中，疟原虫细胞核内的染色体也会受到影响。光学和电子显微镜观测结果显示，青蒿素可以直接进入疟原虫的膜系结构，可以有效地阻断疟原虫依赖的宿主红细胞浆的营养供给，进而对疟原虫的表膜—线粒体功能造成干扰（而非干扰其叶酸代谢），最终导致疟原虫虫体的全部瓦解。青蒿素的应用还会使疟原虫摄入的异亮氨酸的量大大减少，从而抑制疟原虫虫体内蛋白质的合成。

除此之外，青蒿素的抗疟效果还与氧气压力有关，高的氧气压会使青蒿素对体外培养的恶性疟原虫的半数有效浓度降低。青蒿素对疟原虫的破坏作用分为2种，一种是直接破坏疟原虫；另一种是损坏疟原虫的红细胞，进而导致疟原虫死亡。青蒿素的抗疟疾作用对疟原虫红细胞期有直接的灭杀效果。而对红细胞前期和外期都无明显的影响。与其他抗疟药不同的是，青蒿素的抗疟机理主要依赖青蒿素分子结构中的过氧基。过氧基的存在对青蒿素的抗疟活性起决定性作用，如无过氧基团，青蒿素将会失去抗疟活性。因此可以说，青蒿素的抗疟机理与过氧基的分解反应密切相关。 除了对疟原虫有很好的灭杀作用外，青蒿素对其他寄生虫也有一定的抑制作用。

2.抗肿瘤作用 青蒿素对肝癌细胞、乳腺癌细胞、宫颈癌细胞等多种肿瘤细胞的生长具有明显的抑制作用。多项研究表明，青蒿素的抗疟性和抗癌性的作用机制相同，即通过青蒿素分子结构中的过氧桥断裂产生的自由基来实现抗疟和抗癌。且同一种青蒿素衍生物对不同类型的肿瘤细胞的抑制作用具有选择性。青蒿素作用于肿瘤细胞依靠的是通过诱导细胞的凋亡来完成对肿瘤细胞的灭杀。 与抗疟作用相同的是，双氢青蒿素可通过增加活性氧基团来抑制激活缺氧性诱导因子。例如，青蒿素作用于白血病细胞的细胞膜之后，可以通过改变其细胞膜的通透性来升高细胞内的钙离子浓度，不仅可以激活白血病细胞内的钙蛋白酶，同时可以促进释放凋亡物质，加快细胞凋亡的速度。

3.免疫调节作用 青蒿素对免疫系统有调节作用。在保证青蒿素及其衍生物的使用剂量不会引起细胞毒性的情况下，青蒿素可以很好地抑制T淋巴细胞丝裂原，从而可以诱导小鼠脾脏淋巴细胞的增值。而青蒿琥酯由于具有增强非特异性免疫的作用，可以提高小鼠血清的总补体活性。双氢青蒿素可以直接抑制B淋巴细胞的增值，减少B淋巴细胞对自身抗体的分泌，从而抑制了体液的免疫反应。

4.抗真菌作用 青蒿素的抗真菌作用体现在其对真菌的抑制作用。青蒿素的渣粉剂和水煎剂对表皮葡萄球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌和卡他球菌均有较强的抑制作用，对绿脓杆菌、痢疾杆菌、结核杆菌和金黄色葡萄球菌等也有一定抑制作用。

5.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。

6.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。

7.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。

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.其它作用 双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。

【制备方法】

1.植物提取 从黄花蒿中直接提取是青蒿素最简便高效的制备方法，是获得青蒿素的首选途径。目前的提取方法主要包括传统溶剂提取、超声波提取、超临界CO2萃取、酶法辅助提取、微波辅助提取技术等。

（1）传统溶剂提取法 传统溶剂提取法主要依赖的是中草药中各类成分在不同溶剂中的溶解度差异，通过选取对有效成分溶解度大、对其他杂质成分溶解度小的溶剂，进而成功地将中药中的有效成分提取出来。该过程中加热、震荡、浸渍、煎煮、回流等方法结合使用，加速有效成分透过细胞膜的速度。常用的提取溶剂包括醚类（石油醚、乙醚）、醇类（甲醇、乙醇）、丙酮、烷类（环己烷、正己烷、氯仿和二氯甲烷），其中正己烷、甲苯、石油醚和氯仿是最常用的青蒿素的提取溶剂，提取过程持续几分钟或数小时。

（2）超声波提取法 超声波提取法是利用超声波的空化作用加速植物中有效成分的析出，同时超声波的次级效应（乳化、击碎、机械振动、化学效应）也会加速有效成分的释放、扩散，使其溶解于有机溶剂中。主要提取原理可以解释为，将超声波的巨大能量作用于介质上时，有效提取物被撕裂成多个小空穴，这些小空穴瞬间发生闭合现象，由此产生的强大压力被称为空化作用。空化作用使得细胞壁乃至整个生物体在瞬间破裂，而超声波同时产生的振动也加速了细胞内有效物质的析出扩散和溶解。

（3）超临界CO2萃取法 超临界CO2萃取法是一种新型的化工分离技术，分离原理是利用超临界CO2对某些物质特殊的溶解性。在超临界CO2状态下，因为CO2的临界压力和温度较低，易于使提取物安全的从混合物中分离出来，并且还具有化学稳定性、无残留、无毒、廉价等优点。与其他传统提取方法相比，超临界CO2萃取法有2个优势：萃取在低温条件下进行，可以完成不同沸点、不同极性化合物的分离；产品萃取率高、纯度高、操作简单。

（4）酶法辅助提取法 黄花蒿成分中大多为纤维素、淀粉、蛋白质、果胶等。在青蒿素的提取过程中，杂质难于剔除。借助酶法辅助手段可以在温和条件下，利用酶的专一性、生物催化活性等特征，对细胞壁的致密性进行针对性破坏、减小细胞壁及细胞间质对青蒿素从细胞内扩散到介质溶剂中的阻力，可以限度地提取青蒿素。利用酶法提取青蒿素的研究，目前开展较少。

（5）微波辅助提取法 微波辅助提取法又称为微波萃取法，这种方法将传统的溶剂萃取与微波相结合，这是在传统溶剂萃取基础上发展起来的新型提取技术。该法提取青蒿素的基本原理有以下2种：

1）在微波辐照过程中，高频率电磁波穿透提取液介质，由于吸收了微波辐照的能量致使细胞内部温度迅速上升，当细胞内部的压力超过了其自身的承受度，细胞就会破裂，细胞内的有效物质就会释放出来，溶解在提取液中；

2）微波辐照过程中，利用内加热的机制使物质分子内部发生剧烈的振动，由于振动产生的能量引发细胞内分子的剧烈运动，加速活性分子的接触与反应，进而促进细胞破裂，加快提取速度。

2.化学合成

（1）化学全合成 青蒿素的化学全合成最早是从异胡薄荷醇开始的，将支链引入碳环上，可以形成青蒿素的四环结构，整个合成步骤分为13步，但总产量仅为2.1%。

（2）化学半合成 由于青蒿素化学全合成路径长，总产率低，操作成本高，因此有些科研人员期望通过采用半合成的方法来减少操作步骤，提高总产率。化学半合成主要是利用适宜合成青蒿素骨架的青蒿素前体物质，如青蒿酸、青蒿烯、青蒿素B等来合成青蒿素。黄花蒿中含有丰富的青蒿酸，因此目前化学半合成主要以青蒿酸为原料。除此之外，黄花蒿中最丰富的杜松交酯——青蒿素B也被作为青蒿素前体物质，应用于青蒿素的半化学合成。

图1为青蒿素化学合成途径

3.生物合成 青蒿素的生物合成主要是通过代谢工程来完成。目前的研究结果表明，合成青蒿素前体和中间体的研究验证了青蒿素的生物合成途径。研究认为主要分为3个步骤：

1）通过乙酰辅酶A来形成法尼基二磷酸（FPP）；

2）通过FPP合成倍半萜紫穗槐-4,11-二烯；

3）紫穗槐-4,11-二烯合成青蒿酸，最终形成青蒿素。从基因工程角度看，这3个步骤主要可以分为：添加生物合成前体物质来增加青蒿素含量；通过控制青蒿素合成的关键酶或者激活关键酶控制的基因来提高青蒿素含量；借助基因工程手段增强关键酶的效率。图2为青蒿素的生物合称途径。在生物合成的过程中，合成途径复杂，尤其是在倍半萜内酯合成中存在2个限速步骤，即环化和折叠成倍半萜母核的过程和形成含过氧桥的倍半萜内酯过程。

图2为青蒿素的生物合成途径

4.植物细胞培养 植物细胞培养技术生产青蒿素具有不受自然条件限制、不破坏自然环境的优点，除此之外，还可通过各种基因或细胞工程手段获取高产青蒿素的新品种。天然青蒿素对人体无毒副作用使得植物细胞培养具有不可替代的优越性。20世纪80年代，已经开展了大量的植物细胞培养法生产青蒿素研究，探索了悬浮细胞、青蒿愈伤组织、芽和毛状根等培养系统中对青蒿素的合成。

【主要参考资料】

[1]梅林,石开云,苏建华,查忠勇,刘凌云.青蒿素国内研究进展[J].激光杂志,2008(03):95-96.

[2]祝叶华.青蒿素研究进展[J].科技导报,2015,33(20):36-41.

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