第十章 天然药物的综合解析——青蒿素

国内涉足青蒿产业的三大集团公司：
发现青蒿素具有抗癌作用的美国华盛顿大学正式与重庆 华立控股公司和华立制药签约,研发新的青蒿素抗癌药物。
蒿素；

第五步：脱羧青蒿素在四氧化钌氧化体系或铬酸类氧化剂的作用下
氧化得到青蒿素。
•中国关于青蒿素的文献有912篇，其中2007年发表的就有85篇。 专利统计简报，2007年第 9期（总第14期）
青蒿素前景预测
前景展望
(1) 野生青蒿资源的勘察, 高产系的筛选; (2) 具有高效抗疟活性的青蒿素衍生物开发; (3) 青蒿素生物合成途径及关键酶的深入了解的基础上进行
青蒿素
——疟疾克星
青 蒿 素
背景 理化性质 制备和提取工艺 应用前景
背景
一、疟疾
“打摆子”
在宿主体内，侵入肝脏细 胞，再由肝脏进入血液感染红 血球，在红血球内无性繁殖， 也可能形成配子体，当蚊子吸 取受感染的血液後，雄、雌配 子体在蚊子胃内发育成配子并 进行有性生殖，孢子体进入蚊 子唾液腺，感染新的脊椎动物 宿主。
以R-(+)-香草醛为原料 运用Diels-Alder反应合成 经乙烯硅烷中间体合成
化学半合成路线
半合成路线：从青蒿酸为原料出发，经过五步反应得到青蒿素，总得率 约为35～50%。

第一步：青蒿酸在重氮甲烷/碘甲烷/酸催化下与甲醇反应，再在氯化
镍存在的条件下，被硼氢化钠选择性还原得到二氢青蒿酸甲酯；
李子颖等，青蒿素提取技术研究进展，中药研究与信息， 2002，4（2）
青蒿素的药理研究
抗疟研究：
早在数千年前，中国人民已经知道了用艾草治疗疟 疾。现代药理研究证实，青蒿素之所以能治疗疟疾，其作 用机制是通过它与疟原虫中的高铁成分结合后，发生化学 反应，产生可以破坏细胞膜的“自由基”，从而使单细胞 疟原虫死亡。

第二步：二氢青蒿酸甲酯在四氢呋喃或乙醚溶液中用氢化铝锂还原
成青蒿醇；

第三步：青蒿醇在甲醇/二氯甲烷/氯仿/四氯化碳溶液中被臭氧氧化
后得到过氧化物，抽干后再在二甲苯中用对甲苯磺酸处理得到环状烯醚；

第四步：环状烯醚溶解于溶剂中，在光敏剂玫瑰红/亚甲基蓝/竹红菌
素等存在下进行光氧化合生成二氧四环中间体，再用酸处理得到脱羧青
愈伤组织和细胞培养 青蒿发根培养 青蒿芽培养
前体生物合成
前体生物合成 青蒿素及衍生物生物合成
三、基因工程合成青蒿酸
科学家们开始尝试利用微生物去合成这种物质。这项工 作被专门列为“青蒿素计划”，由美国加利福尼亚大学伯克利
分校的生化工程师Jay Keasling 主持，并且起初就获得“比
尔-梅琳达盖茨基金会”4260万美元的资助。 2006年，Keasling等宣布，通过对一株酵母菌进行遗传
真核 糖酵解 甲羟戊酸途径
真核 糖酵解 甲羟戊酸途径
研究人员已经探明青蒿素是通过以下途径在青蒿 细胞内合成的：
焦磷酸法呢 酯（FPP）
Amorphadiene （合成青蒿酸及
青蒿素的最直接
的前体原料 ）
青蒿酸 青蒿素
对酵母细胞进行了总共 8次的基因工程改造。
青蒿素的化学合成
因绝密军事项目,遂设代号523。

试过3200种中草药，收集汇总出包括内服、外治、植
物、动物和矿物等2000多个治疟方药，精选出640个试验，
历经380多次鼠疟筛选，1971年10月取得中药青蒿素筛选的
成功。1972年从中药青蒿中分离得到抗疟有效单体（191个
样品），命名为青蒿素，对鼠疟、猴疟的原虫抑制率达到
100%。

1973年经临床研究取得与实验室一致的结果、抗疟新
药青蒿Hale Waihona Puke Baidu由此诞生。

1981年10月在北京召开的由世界卫生组织主办的“青
蒿素”国际会议上，中国《青蒿素的化学研究》的发言，引
起与会代表极大的兴趣，并认为“这一新的发现更重要的意
义是在于将为进一步设计合成新药指出方向”。

1986年，青蒿素获得新一类新药证书，双氢青蒿素也
显抑制活性，青蒿β衍生物亦有此作用。
抗白血病：
用于治疗癌症？因为癌症细胞分裂时需要大量铁质才能 复制DNA，因此癌细胞的铁质含量比正常细胞高出多。通过 “离子泵”作用，极大限度提高癌细胞的铁浓度，然后引入青 蒿素有选择性地杀死癌细胞。我国科研工作者研究发现：实 验结果显示：青蒿素能使白血病细胞内的钙离子水平升高， 导致白血病细胞的变性和坏死，白血病细胞在8个小时内就 被消灭。这项研究为青蒿素抗白血病的新用途，提供了十分 重要的实验证据。
青蒿素的提取与制备
植物提取 生物合成 化学合成
植物提取
浸提法：乙醚浸提、汽油、超临界CO2 分离法： 柱层析(硅胶、大孔树脂）、重结晶
黄花蒿叶 粉碎 黄花蒿粗粉 60%乙醇浸泡6h、渗漉
渗漉液
活性炭脱色抽滤
滤液
ADS-17树脂柱
流速2BV/h吸附
树脂
90%乙醇 流速2BV/h洗脱
洗脱液 60度以下减压回收溶剂
疟 原 虫
青蒿素的主要用途
A．抗疟：本品乙醚提取物中性部分及其稀醇浸膏对
鼠疟、猴疟、人疟均有显著抗疟作用。
B．抗病原微生物：本品煎剂对表皮葡萄球菌、炭疽杆
菌、白喉杆菌有较强抑制作用，
青蒿素的主要用途
C．清热解毒：注射液对实验性家兔发热有退热作用。
D．抗白血病：青蒿酸衍生物对白血病P388细胞有明
《自然》（Nature）
周期性高低温 贫血
肝、脾肿大 脑损伤
19世纪，法国化学家从金鸡纳树皮中分离出抗疟成分奎宁。随 后，科学家人工合成了奎宁，又找到了奎宁替代物——氯喹。
氯喹
研究历史

中国抗疟新药的研究源于1967年成立的五二三项目，
其全称为中国疟疾研究协作项目，成立于1967年的5月23日,
青蒿素合成的代谢调控;
(4) 青蒿素合成关键酶基因的克隆, 以及在合适的青蒿组织 培养体系和微生物中高效表达;
(5) 开发合适的青蒿组织培养生物反应器系统, 进行过程的 优化控制和放大, 实现青蒿素大规模商业化生产。
郭燕,王俊,陈正堂,青蒿素类药物的药理作用新进展,中国临床药理学与治疗学,2006 刘春朝等，青蒿素研究进展，化学进展,1999，11（1）
放置，析出粗品
70%乙醇 重结晶
青蒿素
世界上青蒿素药物的生产主要依靠我国从野生
和栽培青蒿中直接提取。含量很低、受地域性影响 较大。目前使用青蒿素进行治疗每个疗程的费用是 ８美元到１５美元，对于受疟疾危害最深的非洲和 南美地区的贫困患者来说过于昂贵。
青蒿素及其衍生物的生物合成
青蒿组织.器官的培养
获一类新药证书。这些成果分别获得国家发明奖和全国十大
科技成就奖。
2011年9月，中国女药学家屠呦呦因创制新型抗疟药—— —青蒿素和双氢青蒿素的贡献，获得被誉为诺贝尔奖“风向 标”的拉斯克奖。这是中国生物医学界迄今为止获得的世界 级最高级大奖。
青蒿素，菊科植物，青蒿中提炼出来的倍半萜内酯环内 过氧化物（C-15倍半萜），通过释放高剂量的自由基杀死 隐藏于红细胞中的恶性疟原虫。是目前世界上最有效的治疗 脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物，被世界卫生组织称为 “治疗疟疾的最大希望”。
工程改造，其可以产生高水平的青蒿酸——青蒿素的一种直接 的前体。
该成果发表于2006年4月13日英国《自然》杂志上，题为 “Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast”
三、基因工程合成青蒿酸
有抗血吸虫作用 增强和调节吞噬作用 对免疫功能的影响 利胆、祛痰、镇咳、平喘、抗孕
李伟,石崇荣，青蒿素研究进展，中国药房2003 年第14 卷第2 期
药动学
青蒿素口服后0.5～1小时后血药浓度达高峰， T1/2=4h ，72 小时血中仅含微量。吸收后分布于组织内，以肠、肝、肾的 含量较多,红细胞内的浓度低于血浆中的浓度。在体内代谢很 快，代谢物的结构和性质还不清楚。主要从肾及肠道排出， 24小时可排出 84%，72小时仅少量残留。由于代谢与排泄 均快，有效血药浓度维持时间短，不利于彻底杀灭疟原虫， 故复发率较高。青蒿素衍生物青蒿酯，T1/2=0.5h，故应反复 给药。
青蒿素基本性质：
溶解性：在丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶，在乙 醇和甲醇、乙醚及石油 醚中可溶解，在水中几乎不溶。 熔点： 156-157℃ ( 水煎后分解）
主要来源
青蒿素来源主要是从青蒿中直接提取得到；或提取青蒿中 含量较高的青蒿酸，然后半合成得到。
目前尚未发现含有青蒿素的其它天然植物资源。虽然系世 界广布，除中国重庆东部、福建、广西、海南部分地区外， 世界绝大多数地区生产的青蒿中的青蒿素含量都很低，无 利用价值。据调查，在全球范围内，目前只有中国重庆酋 阳地区武隆山脉的青蒿才具有工业提炼价值。酉阳是世界 上最主要的青蒿生产基地，其青蒿生产种植技术已通过了 国家GAP认证，享有“世界青蒿之乡”的美誉，全球有 80%的原料青蒿素产自酉阳。