導語

       青蒿素類藥物，是來自傳統(tǒng)中藥的禮物！它也為中國帶來了第一枚諾貝爾醫(yī)學獎！

       雖然青蒿素及其衍生物，甚至復方蒿甲醚都是中國自主研發(fā)的，但是復方蒿甲醚的海外銷售權卻在諾華公司手中。

       “青蒿素類抗瘧藥研發(fā)成功既是我國醫(yī)藥學界的驕傲，也是我國的遺憾！”

       青蒿素類藥物，是來自傳統(tǒng)中藥的禮物，2015年諾貝爾獎委員會將諾貝爾生理學和醫(yī)學獎正式授予給了中國科學家屠呦呦，以表彰她在抗瘧新藥青蒿素研究中的卓越貢獻。在了解青蒿素之前，首先讓我們了解一下青蒿素類藥物針對的疾病——也就是瘧疾。

       01

       瘧疾

       瘧疾是由雌性按蚊叮咬人體并將其體內寄生的瘧原蟲傳入人體而引起的蟲媒傳染病。瘧原蟲在蚊子體內發(fā)育形成孢子，隨著按蚊叮咬吸血而進入人體的血液，寄生在肝細胞和紅細胞中，破壞細胞并進行大量增殖，引起臨床癥狀發(fā)作。

       瘧疾有間歇性發(fā)冷、發(fā)熱、出汗的臨床表現(xiàn)，有時還會引起脾腫大和貧血。重癥瘧疾患者可引起腦、肝、腎等臟器損害，并可引起循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)損傷甚至多系統(tǒng)功能衰竭。

       瘧疾因瘧原蟲種類的不同而分為以下四種：惡性瘧、間日瘧、卵形瘧和三日瘧；

       惡性瘧原蟲能侵犯任何年齡的紅細胞，患者血中瘧原蟲密度高，繁殖周期短，故貧血、臨床表現(xiàn)嚴重；

       間日和卵形瘧原蟲常僅侵犯較幼稚紅細胞，原蟲密度低；

       三日瘧僅感染衰老紅細胞，原蟲密度最低，貧血和其他臨床表現(xiàn)較輕。

       瘧疾曾經是我國流行歷史最久遠、影響范圍最廣、危害最嚴重的傳染病之一，新中國成立前每年約有3000萬人患瘧疾，其中30萬人死亡，病死率高達1%。在上個世紀，我國曾是世界上瘧疾流行最為嚴重的國家之一。20世紀40年代，我國估計有90%以上的人面臨著感染瘧疾的風險；在50年代到70年代，瘧疾也一直廣泛傳播，其發(fā)病率更是在1970年達到最高峰，為2961.10/10萬；而到了2010年，我國瘧疾的發(fā)病率已經下降至1/10萬以下，并最終達成了無瘧疾的成就，這樣的勝利無疑讓人為之鼓舞。

       在了解完瘧疾之后，再讓我們看一看針對瘧疾的青蒿素是怎樣一步一步被發(fā)現(xiàn)并最終作為抗瘧藥物使用的。

       02

       青蒿素的研究歷程

       20世紀60年代后，在東南亞及非洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)了抗藥性瘧原蟲，傳統(tǒng)的抗瘧藥奎寧、氯喹等已不再有效，數(shù)以千萬計的瘧疾患者的治療面臨嚴重的困難， 促使各國積極研究新的抗瘧藥物。其中抗瘧藥效最為顯著的當屬我國發(fā)現(xiàn)的抗瘧新藥——青蒿素。

       圖1.青蒿素的結構式，來源：藥渡數(shù)據

       中醫(yī)關于瘧疾的記載可以追溯到幾千年前，而青蒿作為藥材的使用也是如此。首次提到青蒿用于瘧疾治療可以追溯到東晉（公元317—420年）葛洪的《肘后備急方》，隨后青蒿和其他技術在瘧疾防治中的應用在中國一系列歷史醫(yī)學著作中常有記載，其中包括頗具影響力的李時珍的《本草綱目》（明代，公元1368—1644年）。這些豐富的古代記載對于青蒿素的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展做出了巨大貢獻。

       1967年5月23日中國政府設立了名為“523”的國家項目，加強抗瘧藥物的研究，1969年，屠呦呦教授被選為該項目的研究組組長，該研究組致力于在中藥中篩選抗瘧新藥。

       在1971年，青蒿的提取物引起了他們的特別關注，因為它產生了理想但不穩(wěn)定的抑制率，屠呦呦注意到，青蒿的使用方法是使用浸泡青蒿的水，即青蒿的“汁液”，她從文獻資料和自己對中醫(yī)的了解中提出了低溫條件提取有效成分的想法。在1971年10月前后進行的實驗中，該物質對鼠類瘧疾顯示出了100%的驚人療效，這毫無疑問地確認了青蒿提取物的有效性。

       青蒿素類抗瘧藥組成復方或聯(lián)合用藥方法已被世界衛(wèi)生組織（WHO）確定為全球治療瘧疾必須使用的唯一用藥方法。利用青蒿素類藥復方加服小劑量的伯喹治療現(xiàn)癥病人以阻止瘧疾傳播的技術，也被WHO確認和推薦。

       在了解了瘧疾和青蒿素等一系列知識后，大家一定很好奇青蒿素是如何對瘧原蟲產生作用的，下面就讓我們進入青蒿素的作用機理部分。

       03

       青蒿素作用機理

       圖2. 青蒿素的激活

       青蒿素先進入被感染的紅細胞內，而后進入瘧原蟲的體內。由于瘧原蟲在成熟后會攝取紅細胞內的血紅蛋白作為營養(yǎng)和能量來源，血紅蛋白的重要組成部分——血紅素將會被釋放出來，而血紅素可以激活青蒿素，通過與過氧橋相關的開環(huán)反應使青蒿素帶上致命的氧自由基。這時，青蒿素就像是一頭被激怒的野獸一般，在瘧原蟲體內大開殺戒。

       圖3.激活的青蒿素與瘧原蟲體內物質的作用

       研究表明，被激活后的青蒿素可以與瘧原蟲體內多達124物質結合，涉及到多種重要生理過程。瘧原蟲正常的生命活動被青蒿素攪得天翻地覆，再也無力在宿主的紅細胞內興風作浪。有人或許會提出這樣一個問題，青蒿素依賴自由基發(fā)揮殺傷作用，是否會導致宿主自身細胞的損傷呢？答案是不會，而且這正是青蒿素最為高明之處，它像是帶有一個激活的開關一樣，只有當?shù)竭_被瘧原蟲侵染的紅細胞內，接收到血紅素傳來的危險信號，這個開關才會被打開，整個過程仿佛像是一件精心設計的武器在目標附近定點爆破，不得不讓人感嘆生命的奇妙之處。

       圖4.青蒿素的耐藥機理

       而有關青蒿素的耐藥機理同樣奇妙。盡管青蒿素有著強大的抗瘧作用和高安全性的激活機制，但瘧原蟲們已經開始進化出對抗青蒿素的狡猾耐藥機制。我們知道青蒿素依賴于瘧原蟲代謝產生的血紅素進行激活，但瘧原蟲事實上在侵入紅細胞內后會先進行一段短時間的休眠——環(huán)狀體期。在這一段時期，瘧原蟲就像冬眠一樣，不吃不喝，缺少了瘧原蟲吃剩的血紅素，青蒿素便也無法從沉睡中醒來。瘧原蟲們抓住了這個機會，其體內PfKelch13基因的突變會使得瘧原蟲休眠期延長，使得更多的瘧原蟲能夠逃逸青蒿素的殺傷，進而導致青蒿素治療后瘧疾會出現(xiàn)頻繁的復發(fā)。這何嘗不是一場自然界的軍備競賽，生命的精妙也在這一過程中體現(xiàn)的淋漓盡致。

       青蒿素產生作用的機理想必大家已經很清楚了，然而，真正用于臨床的卻非青蒿素，而是其衍生物蒿甲醚等物質，那么這又是為什么呢，讓我們一起來看看吧。

       04

       青蒿素衍生物

       前文對于青蒿素的作用的機理做了詳細的闡述，青蒿素的抗瘧作用是很強勢的。但在具體的應用時，卻發(fā)現(xiàn)了一些問題，從青蒿素的結構式我們可以清楚的看出來，青蒿素的脂溶性和水溶性都很弱，難以直接應用于臨床。事實上，許多經典藥物被發(fā)現(xiàn)時，都無法直接應用于臨床，需要通過一定的結構改造才能成藥并應用。

       我們可以通過上文了解到，青蒿素產生藥效的是其結構中的過氧橋結構，而底下的羰基與藥效無關，且具有一定的改進空間。針對這個位點，可以通過加成反應的手段來添加基團，得到如下圖的三種衍生物：蒿甲醚、蒿乙 醚、青蒿琥酯。

       圖5.青蒿素的衍生物——青蒿琥酯，來源：藥渡數(shù)據

       圖6.青蒿素的衍生物——蒿乙 醚，來源：藥渡數(shù)據

       圖7.青蒿素的衍生物——蒿甲醚，來源：藥渡數(shù)據

       其中，蒿甲醚的藥效為三種衍生物中最好的，蒿甲醚作為青蒿素的衍生物，有以下四個優(yōu)點：

       一是脂溶性好，這是我們在進行對于青蒿素分子進行改造時，已經預料到優(yōu)點，加成增加的甲基增加了蒿甲醚的脂溶性，使其可以更好的制劑；

       二是抗瘧效果好，由于青蒿素發(fā)生作用時，要發(fā)生加成反應生成雙氫青蒿素才能發(fā)揮作用，而蒿甲醚發(fā)生這個反應更加容易，實驗證明，蒿甲醚的抗瘧作用是青蒿素的10-20倍；

       三是對于已經對氯喹等藥物產生抗藥性的瘧原蟲，蒿甲醚的作用更好；

       四是蒿甲醚的副作用更小。目前使用較多的復方蒿甲醚的有效成分為蒿甲醚和苯芴醇，二者配合既能迅速控制瘧疾又能根治瘧疾。

       雖然青蒿素及其衍生物，甚至復方蒿甲醚都是中國自主研發(fā)的，但是復方蒿甲醚的海外銷售權卻在諾華公司手中。“青蒿素類抗瘧藥研發(fā)成功既是我國醫(yī)藥學界的驕傲，也是我國的遺憾！”在看完下面青蒿素的專利和商業(yè)化的部分后，也許大家會對這句話有更深的理解。

       05

       青蒿素的專利和商業(yè)化

       圖8. 賽諾菲公司（左）和諾華公司（右）

       青蒿素是一種由中國原創(chuàng)的，且在全世界范圍內救助了幾百萬瘧疾患者的重要藥物。然而令人遺憾的是，青蒿素的商業(yè)化主要由國外制藥公司完成。1988年，賽諾菲公司最早看到青蒿素的商業(yè)前景，他們與桂林制藥合作，并且開始在世界其它地方推廣青蒿素單獨作為藥物治療瘧疾。然而，單獨使用青蒿素進行治療取得的效果并不好。之后再在90年代，中國軍事醫(yī)學科學院開發(fā)出了復方蒿甲醚，但是卻沒有將復方蒿甲醚推廣到其它國家的能力，只好尋找國際大藥廠合作，最后找到了諾華公司，并將復方蒿甲醚的海外銷售權賣給了諾華。2009年，美國FDA批準復方蒿甲醚上市，這是FDA批準的我國首 個原創(chuàng)藥物。

       圖9. FDA（圖源網絡）

       青蒿素的研發(fā)是我國醫(yī)藥工業(yè)自主創(chuàng)新的典型范例，其成功經驗對我國新藥研發(fā)提供了十分有意義的啟示，主要表現(xiàn)在：

       一、運用現(xiàn)代科學技術手段，對傳統(tǒng)中藥藥材的再開發(fā)：我國傳統(tǒng)中醫(yī)藥歷史悠久，品種眾多，是一筆無法估計的財富。

       二、新藥研發(fā)應以市場為導向：市場是實現(xiàn)新藥價值的途徑，能否實現(xiàn)經濟效益，是檢驗新藥是否成功的標準。

       三、知識產權的重要性：青蒿素類抗瘧藥研發(fā)成功既是我國醫(yī)藥學界的驕傲，也是我國的遺憾。從青蒿素類抗瘧藥研發(fā)的艱辛歷程和因知識產權法律不健全而失去核心專利的教訓不難看出知識產權對新藥研發(fā)的重要性。

       致謝

       感謝吳興新老師，孫雪晴助教的指導幫助，感謝藥渡平臺的支持。

       關于筆者

       尋藥真理團

       他們是南京大學新藥研發(fā)策略課程的學生，本篇為該課程中新藥2組學生成員殷子潤、楊博峰、王俁涵、伊力尕爾共同完成。

       他們朝氣蓬勃、他們斗志昂揚，他們腳踏實地學習新藥研發(fā)知識，他們堅信吾愛吾師吾更愛真理。

       他們是新一代醫(yī)藥行業(yè)接班人，他們是新藥研發(fā)領域的未來之光！

       *本文僅為學術內容交流，不構成任何用藥建議！

       參考文獻

       1. Wang, J., et al., Haem-activated promiscuous targeting of artemisinin in Plasmodium falciparum. Nature Communications, 2015. 6.