63968-64-9/青蒿素的抗瘧疾作用

【概述】

青蒿素(artemisinin,QHS)是從中草藥青蒿中分離得到的含過氧橋的新型倍半萜內(nèi)酯。青蒿素結構獨特、高效低毒,具有清熱解毒,抗腫瘤、抗菌、抗瘧,增強免疫等藥理作用,對腦型瘧、惡性瘧等有特效,是我國唯一獲得國際認可的抗瘧新藥,已成為世界衛(wèi)生組織推薦的治療瘧疾的理想藥物。

【理化性質(zhì)】

青蒿素為無色針狀結晶,熔點為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,幾乎不溶于水。因其具有特殊的過氧基團,對熱不穩(wěn)定,易受濕、熱和還原性物質(zhì)的影響而分解。

【藥理作用】

1.抗瘧疾作用 青蒿素具有特殊的藥理學性質(zhì)，對瘧疾有非常好的治療效果。在青蒿素的抗瘧疾作用過程中，青蒿素通過干擾瘧原蟲體內(nèi)的表膜-線粒體功能，導致蟲體結構的全部瓦解。這個過程主要分析為：青蒿素分子結構中的過氧基通過氧化產(chǎn)生自由基，自由基與瘧原蛋白結合，進而作用于瘧原蟲的膜系結構，破壞其泡膜、核膜以及質(zhì)膜，使其線粒體腫脹且內(nèi)外膜脫落，最終破壞瘧原蟲的細胞結構和功能，在這個過程中，瘧原蟲細胞核內(nèi)的染色體也會受到影響。光學和電子顯微鏡觀測結果顯示，青蒿素可以直接進入瘧原蟲的膜系結構，可以有效地阻斷瘧原蟲依賴的宿主紅細胞漿的營養(yǎng)供給，進而對瘧原蟲的表膜—線粒體功能造成干擾（而非干擾其葉酸代謝），最終導致瘧原蟲蟲體的全部瓦解。青蒿素的應用還會使瘧原蟲攝入的異亮氨酸的量大大減少，從而抑制瘧原蟲蟲體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。

除此之外，青蒿素的抗瘧效果還與氧氣壓力有關，高的氧氣壓會使青蒿素對體外培養(yǎng)的惡性瘧原蟲的半數(shù)有效濃度降低。青蒿素對瘧原蟲的破壞作用分為2種，一種是直接破壞瘧原蟲；另一種是損壞瘧原蟲的紅細胞，進而導致瘧原蟲死亡。青蒿素的抗瘧疾作用對瘧原蟲紅細胞期有直接的滅殺效果。而對紅細胞前期和外期都無明顯的影響。與其他抗瘧藥不同的是，青蒿素的抗瘧機理主要依賴青蒿素分子結構中的過氧基。過氧基的存在對青蒿素的抗瘧活性起決定性作用，如無過氧基團，青蒿素將會失去抗瘧活性。因此可以說，青蒿素的抗瘧機理與過氧基的分解反應密切相關。 除了對瘧原蟲有很好的滅殺作用外，青蒿素對其他寄生蟲也有一定的抑制作用。

2.抗腫瘤作用 青蒿素對肝癌細胞、乳腺癌細胞、宮頸癌細胞等多種腫瘤細胞的生長具有明顯的抑制作用。多項研究表明，青蒿素的抗瘧性和抗癌性的作用機制相同，即通過青蒿素分子結構中的過氧橋斷裂產(chǎn)生的自由基來實現(xiàn)抗瘧和抗癌。且同一種青蒿素衍生物對不同類型的腫瘤細胞的抑制作用具有選擇性。青蒿素作用于腫瘤細胞依靠的是通過誘導細胞的凋亡來完成對腫瘤細胞的滅殺。 與抗瘧作用相同的是，雙氫青蒿素可通過增加活性氧基團來抑制激活缺氧性誘導因子。例如，青蒿素作用于白血病細胞的細胞膜之后，可以通過改變其細胞膜的通透性來升高細胞內(nèi)的鈣離子濃度，不僅可以激活白血病細胞內(nèi)的鈣蛋白酶，同時可以促進釋放凋亡物質(zhì)，加快細胞凋亡的速度。

3.免疫調(diào)節(jié)作用 青蒿素對免疫系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。在保證青蒿素及其衍生物的使用劑量不會引起細胞毒性的情況下，青蒿素可以很好地抑制T淋巴細胞絲裂原，從而可以誘導小鼠脾臟淋巴細胞的增值。而青蒿琥酯由于具有增強非特異性免疫的作用，可以提高小鼠血清的總補體活性。雙氫青蒿素可以直接抑制B淋巴細胞的增值，減少B淋巴細胞對自身抗體的分泌，從而抑制了體液的免疫反應。

4.抗真菌作用 青蒿素的抗真菌作用體現(xiàn)在其對真菌的抑制作用。青蒿素的渣粉劑和水煎劑對表皮葡萄球菌、炭疽桿菌、白喉桿菌和卡他球菌均有較強的抑制作用，對綠膿桿菌、痢疾桿菌、結核桿菌和金黃色葡萄球菌等也有一定抑制作用。

5.抗卡氏肺孢子蟲肺炎作用 青蒿素主要破壞卡氏肺孢子蟲膜系結構,引起孢子蟲滋養(yǎng)體胞漿及包囊內(nèi)出現(xiàn)空泡,線粒體腫脹,核膜破裂,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹,囊內(nèi)小體溶解破壞等超微結構的改變。

6.抗孕作用 青蒿素類藥對胚胎有較高的選擇性毒性,較低劑量即可使胚胎死亡而導致流產(chǎn),有可能被開發(fā)為人工流產(chǎn)藥物。

7.抗血吸蟲作用 其抗血吸蟲活性基團是過氧橋,其藥用機理是影響蟲體的糖代謝。

8.對心血管的作用 青蒿素能明顯對抗結扎冠脈引起的心律失常,可使氯化鈣、氯仿引起的心律失常發(fā)作時間明顯推遲,室顫明顯減少。

9.抗纖維化作用 與其抑制成纖維細胞增殖,降低膠原合成,抗組胺促膠原分解有關。

10.其它作用 雙氫青蒿素對杜氏利什曼原蟲有顯著抑制作用并呈劑量相關性。青蒿提取物還可殺滅陰道毛滴蟲和溶組織阿米巴滋養(yǎng)體。

【制備方法】

1.植物提取 從黃花蒿中直接提取是青蒿素最簡便高效的制備方法，是獲得青蒿素的首選途徑。目前的提取方法主要包括傳統(tǒng)溶劑提取、超聲波提取、超臨界CO2萃取、酶法輔助提取、微波輔助提取技術等。

（1）傳統(tǒng)溶劑提取法 傳統(tǒng)溶劑提取法主要依賴的是中草藥中各類成分在不同溶劑中的溶解度差異，通過選取對有效成分溶解度大、對其他雜質(zhì)成分溶解度小的溶劑，進而成功地將中藥中的有效成分提取出來。該過程中加熱、震蕩、浸漬、煎煮、回流等方法結合使用，加速有效成分透過細胞膜的速度。常用的提取溶劑包括醚類（石油醚、乙醚）、醇類（甲醇、乙醇）、丙酮、烷類（環(huán)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劑，提取過程持續(xù)幾分鐘或數(shù)小時。

（2）超聲波提取法 超聲波提取法是利用超聲波的空化作用加速植物中有效成分的析出，同時超聲波的次級效應（乳化、擊碎、機械振動、化學效應）也會加速有效成分的釋放、擴散，使其溶解于有機溶劑中。主要提取原理可以解釋為，將超聲波的巨大能量作用于介質(zhì)上時，有效提取物被撕裂成多個小空穴，這些小空穴瞬間發(fā)生閉合現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的強大壓力被稱為空化作用。空化作用使得細胞壁乃至整個生物體在瞬間破裂，而超聲波同時產(chǎn)生的振動也加速了細胞內(nèi)有效物質(zhì)的析出擴散和溶解。

（3）超臨界CO2萃取法 超臨界CO2萃取法是一種新型的化工分離技術，分離原理是利用超臨界CO2對某些物質(zhì)特殊的溶解性。在超臨界CO2狀態(tài)下，因為CO2的臨界壓力和溫度較低，易于使提取物安全的從混合物中分離出來，并且還具有化學穩(wěn)定性、無殘留、無毒、廉價等優(yōu)點。與其他傳統(tǒng)提取方法相比，超臨界CO2萃取法有2個優(yōu)勢：萃取在低溫條件下進行，可以完成不同沸點、不同極性化合物的分離；產(chǎn)品萃取率高、純度高、操作簡單。

（4）酶法輔助提取法 黃花蒿成分中大多為纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、果膠等。在青蒿素的提取過程中，雜質(zhì)難于剔除。借助酶法輔助手段可以在溫和條件下，利用酶的專一性、生物催化活性等特征，對細胞壁的致密性進行針對性破壞、減小細胞壁及細胞間質(zhì)對青蒿素從細胞內(nèi)擴散到介質(zhì)溶劑中的阻力，可以最大限度地提取青蒿素。利用酶法提取青蒿素的研究，目前開展較少。

（5）微波輔助提取法 微波輔助提取法又稱為微波萃取法，這種方法將傳統(tǒng)的溶劑萃取與微波相結合，這是在傳統(tǒng)溶劑萃取基礎上發(fā)展起來的新型提取技術。該法提取青蒿素的基本原理有以下2種：

1）在微波輻照過程中，高頻率電磁波穿透提取液介質(zhì)，由于吸收了微波輻照的能量致使細胞內(nèi)部溫度迅速上升，當細胞內(nèi)部的壓力超過了其自身的承受度，細胞就會破裂，細胞內(nèi)的有效物質(zhì)就會釋放出來，溶解在提取液中；

2）微波輻照過程中，利用內(nèi)加熱的機制使物質(zhì)分子內(nèi)部發(fā)生劇烈的振動，由于振動產(chǎn)生的能量引發(fā)細胞內(nèi)分子的劇烈運動，加速活性分子的接觸與反應，進而促進細胞破裂，加快提取速度。

2.化學合成

（1）化學全合成 青蒿素的化學全合成最早是從異胡薄荷醇開始的，將支鏈引入碳環(huán)上，可以形成青蒿素的四環(huán)結構，整個合成步驟分為13步，但總產(chǎn)量僅為2.1%。

（2）化學半合成 由于青蒿素化學全合成路徑長，總產(chǎn)率低，操作成本高，因此有些科研人員期望通過采用半合成的方法來減少操作步驟，提高總產(chǎn)率。化學半合成主要是利用適宜合成青蒿素骨架的青蒿素前體物質(zhì)，如青蒿酸、青蒿烯、青蒿素B等來合成青蒿素。黃花蒿中含有豐富的青蒿酸，因此目前化學半合成主要以青蒿酸為原料。除此之外，黃花蒿中最豐富的杜松交酯——青蒿素B也被作為青蒿素前體物質(zhì)，應用于青蒿素的半化學合成。

圖1為青蒿素化學合成途徑

3.生物合成 青蒿素的生物合成主要是通過代謝工程來完成。目前的研究結果表明，合成青蒿素前體和中間體的研究驗證了青蒿素的生物合成途徑。研究認為主要分為3個步驟：

1）通過乙酰輔酶A來形成法尼基二磷酸（FPP）；

2）通過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，最終形成青蒿素。從基因工程角度看，這3個步驟主要可以分為：添加生物合成前體物質(zhì)來增加青蒿素含量；通過控制青蒿素合成的關鍵酶或者激活關鍵酶控制的基因來提高青蒿素含量；借助基因工程手段增強關鍵酶的效率。圖2為青蒿素的生物合稱途徑。在生物合成的過程中，合成途徑復雜，尤其是在倍半萜內(nèi)酯合成中存在2個限速步驟，即環(huán)化和折疊成倍半萜母核的過程和形成含過氧橋的倍半萜內(nèi)酯過程。

圖2為青蒿素的生物合成途徑

4.植物細胞培養(yǎng) 植物細胞培養(yǎng)技術生產(chǎn)青蒿素具有不受自然條件限制、不破壞自然環(huán)境的優(yōu)點，除此之外，還可通過各種基因或細胞工程手段獲取高產(chǎn)青蒿素的新品種。天然青蒿素對人體無毒副作用使得植物細胞培養(yǎng)具有不可替代的優(yōu)越性。20世紀80年代，已經(jīng)開展了大量的植物細胞培養(yǎng)法生產(chǎn)青蒿素研究，探索了懸浮細胞、青蒿愈傷組織、芽和毛狀根等培養(yǎng)系統(tǒng)中對青蒿素的合成。

【主要參考資料】

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