第23章  抗疟药蒿甲醚                                郭俊峰，宋子兰，张翱
目录
23.1 疟疾及抗疟药物
23.2 青蒿及青蒿素的发现
23.2.1 青蒿及其抗疟活性
23.2.2 青蒿素的发现
23.2.3 青蒿素的合成及衍生化
23.2.3.1 青蒿素的合成
23.2.3.2 青蒿素的衍生化
23.3 蒿甲醚的合成及抗疟活性研究
23.3.1 蒿甲醚的发现
23.3.2 蒿甲醚的抗疟活性及作用机制
23.3.3 蒿甲醚的临床研究
23.3.4 蒿甲醚的其他生物活性
23.4 蒿甲醚研发的启示
参考文献
蒿甲醚研发大事纪
1967年 我国开始从中草药中筛选新型抗疟药
1971年 黄花蒿的乙醚提取物经动物实验证明是抗疟的有效成分
1972年 黄花蒿的乙醚提取物在海南进行小规模的临床试验，显示出高效、速效的抗疟活性；
1973年 黄花蒿的抗疟有效单体被分离纯化，即“青蒿素”
1974年 青蒿素在山东、云南进行扩大恶性疟和间日疟，疗效良好，但有易复燃的缺点
1975年 青蒿素的分子结构和化学结构相继被测定，次年完成其绝对构型的测定 1976年 中科院上海药物所对青蒿素进行结构改造，经筛选获得蒿甲醚；经动物实验证明，蒿甲醚抗疟活性比青蒿素高数倍
1978年 蒿甲醚油针剂在海南进行临床试验，其抗疟效果超过青蒿素
1981年 在上海召开“疟疾药蒿甲醚鉴定会”
1987年 蒿甲醚油针剂作为一类新药批准生产
1990年 中国科学家发明复方蒿甲醚(蒿甲醚——苯芴醇)，并向中国专利局申请了相应的工艺专利
1991年 中国为复方蒿甲醚申请PCT专利，随后向全球60余个国家和地区递交了专利申请
1992年 复方蒿甲醚被批准生产
1994年 瑞士诺华公司买走复方蒿甲醚在中国以外的销售权
1997年 蒿甲醚油针剂被WHO列入第9版“基本药物目录”疟疾的青蒿素是用什么提炼的
1998年 复方蒿甲醚以商品名“Coartem”首次在加蓬共和国注册成功
2002年 复方蒿甲醚被 WHO列入第12版“基本药物目录”
2009年 美国FDA批准复方蒿甲醚上市，这是FDA批准的首个我国原创专利药
23.1  疟疾及抗疟药物
疟疾俗称“打摆子”，在云南西双版纳又称之为“琵琶鬼”，它是由雌性按蚊叮咬人体并将其体内寄生的疟原虫传入人体而引起的疾病。疟疾是危害人体健康，最频繁发生的传染病之一，全球约有40%的人口仍受疟疾威胁，每年约有3~5亿人感染这一疾病并造成超过100万人死亡，其中大部分发生在热带和亚热带地区，尤其是非洲1。据世界卫生组织(WHO)统计2，仅2010年，全球就有106个疟疾流行国家和地区，共有2.16亿疟疾病例，死亡65.5万人，其中86%的受害者是5岁以下的儿童。因此，即便是在医药卫生条件大为改善的今天，疟疾仍是世界上虫媒传染病中发病率和死亡率最高的疾病之一。
在与疟疾这一古老疾病几千年的抗争历程中，人们最初均是采用当地各种传统医学方法或民间中草药来认识和疟疾，但疗效欠佳。现代抗疟药的发现，极大地改善了这一状况，在和抢救疟疾病人中发挥了极为重要的作用。目前，临床上使用较广的抗疟药主要包括喹啉类和青蒿素类衍生物两大类。
(1)喹啉类抗疟药物：早在几百年前的南美洲的秘鲁，当地印第安纳人发现使用“金鸡纳”(Cinchona)树的树皮研磨冲服，能很快治愈疟疾。直到1817年，法国科学家Pierre和Joseph3才从金鸡纳树皮中成功地分离到抗疟疾的有效单体—金鸡纳碱，即奎宁(Quinine，1)，由此开启了科学界对奎宁的化学合成、
活性测试与及结构改造等研究，并相继合成出了抗疟母星、阿的平、氯喹(Choroquine，2)、伯氨喹等喹啉类新的抗疟疾药物，其中抗疟原虫效果最好的是氯喹。氯喹等喹啉类药物的临床使用一度有效抑制了疟疾的传播，减少了全球的疟疾发病率和死亡率。然而，20世纪60年代初，越战期间东南亚地区的恶性疟原虫泛滥，对氯喹产生了严重的耐药性。据报道，1967‐1970年期间，将近80万美国士兵感染疟疾，氯喹效果相当有限，死亡率极高。在此情况下，美国科学家继续对奎宁分子结构进行改造并筛选新的抗疟药，最终发现了甲氟喹(Mefloquine，3)和卤泛曲林(Halofantrine，4)两个新的衍生物并最终推上市场，临床上对各种疟疾，尤其是抗氯喹恶性疟疾有较好的疗效。然而仅过了五年，甲氟喹的耐药疟原虫也被发现；加之其神经精神性副作用，因此，甲氟喹的临床使用受到了限制。卤泛曲林对抗氯喹恶性疟虽也有效，但其心脏毒性也有报道4。
图 23.1. 喹啉类抗疟药物
(2)青蒿素类抗疟药物：在上世纪60年代，由于恶性疟原虫对氯喹等早期喹啉类抗疟药物产生抗药性，促使各国科学家进行新型抗疟药物的研发。我国科学家在对我国历史上报道的具有抗疟作用的上百种民间中草药进行了大量的筛选和验证，经过不懈的努力，最终从菊科植物黄花蒿(Artemisia annua L)中提取出了有效的抗疟原虫单体化合物‐‐‐‐‐青蒿素(Artemisinin，5)。青蒿素是一种含过氧桥的新型倍半萜类化合物，结构十分独特，对疟原虫具有高效、速效的杀灭作用并显示了较低的毒性。1986年中国《实施药品管理法》以后，青蒿素成为我国第一个抗疟新药。而后，蒿甲醚(7)、青蒿琥酯(9)、双氢
青蒿素(6)和蒿乙醚
(8)等青蒿素类抗疟药也被陆续开发。青蒿素类抗疟药和喹啉类抗疟药相比，疟疾更高
效、低毒，对氯喹耐药的虫株也有效，被世界卫生组织评价为恶性疟疾的唯一真正有效
的药物。
图 23.2. 青蒿素类抗疟药物
(3) 其它抗疟药物：除了上述两大类抗疟药物外，还有些天然或非天然药物也显示出较好
的抗疟活性，包括阿奇霉素和阿托喹酮等。其中，阿奇霉素属于大环内酯类抗生素，主要用
于化学预防，其临床研究显示有一定的毒性5。阿托喹酮属于抗叶酸代谢的药物，常与氯胍联合用于多药抗性的恶性疟疾的化学和预防。氯胍作为环氯胍的前体, 属于二氢叶酸还原酶抑制剂，两者合用可明显缩短原虫清除时间和退热时间。
23.2  青蒿及青蒿素的发现
23.2.1 青蒿及其抗疟活性
青蒿为我国常用中药，是一年生菊科植物黄花蒿的干燥地上部分。中药青蒿具有清虚热、解暑热、截疟、退黄之功效，在中国民间药用已有两千多年的历史。最早在公元前168年，《五十二病方》中记载青蒿用于痔疮。青蒿具有抗疟功效首见于东晋时期葛洪所著的 《肘后备急方》，其中写道：“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”。之后各代的医药书籍和药用处方均有记载，如李时珍的《本草纲目》中称青蒿可治“疟疾寒热”。在中国民间，青蒿抗疟也早已使用6,7。近代以来，中药青蒿除以传统饮片复方配伍应用外，也有不少含有青蒿的中成药面世。
23.2.2 青蒿素的发现
20世纪60年代，越战爆发后，热带地区的抗药性疟疾肆虐流行，士兵大量死亡，极大地削弱了交战双方的军事力量。应越南政府的要求，中国政府与军队成立了以军事医学科学院牵头，集全国医药界专家组成攻关小组，开展新型抗疟药物的研究与探索，时称“523”项目，并成立了“全国疟疾防治研究领导办公室”（简称“523办公室”）。1969年, 我国中医研究院正式参加“523任务”。
在收集整理历代医籍和本草的基础上，经过不懈努力，“523”项目研究人员从2000余方药中筛选出640余方为主的《抗疟单验方集》进行进一步的筛选和实验。最初的实验显示胡椒提取物对疟原虫抑制率高达84 %，而青蒿提取物对疟疾的抑制率仅为68 %，不如胡椒效果好。在第二轮的实验中，青蒿提取物只有40 %甚至12 % 的抑制率，实验结果不稳定。最后研究人员重新对《肘后备急方》中的文字描
述进行分析，从中受到启发，认为高温可能影响疗效，因此改用低沸点的乙醚进行提取。其中，中性提取物用于鼠疟的抑制率达到100%，并能重复结果8。但中国不同地区的青蒿所含成分也不一样，只有“黄花蒿”含有有效的抗疟成分。进一步的研究表明，这种抗疟的活性成分只能用乙醚、石油醚或丙酮提取，当用其他溶剂如热水、乙醇或苯提取，均无抗疟活性6,9。这种活性成分经乙醚重结晶可得到单一化合物，后来被命名为“青蒿素”。
从黄花蒿中分离得到有效单体青蒿素后，科学家们立即展开了青蒿素的化学结构鉴定研究和相关生物学和药物化学研究。中国科学院上海有机化学研究所和中医研究院中药研究所通过元素分析和质谱，确定青蒿素的分子量为282，分子式为C15H22O5，是一种新型倍半萜类化合物；经13C‐NMR确定青蒿素化学结构中含有羰基，再根据1H‐NMR推测其应含有
O‐CH‐O的结构片段，但是其余的氧原子如何分布在当时有限的分析条件下很难确定。1975年上半年，另一个天然产物鹰爪甲素（Yingzhaosu A）的结构被测定，其分子中含有过氧基团这一新颖结构使得青蒿素研究人员推测青蒿素可能也具有这一片段，他们随即通过定性和定量的方法证明了青蒿素中确实也含有一个过氧基团。最终在1976年，中国科学院生物物理研究所用X‐射线晶体衍射法最终确证了青蒿素的化学结构；其后科研人员10通过旋光散和氧原子的反常散射确定了青蒿素的绝对构型。
23.2.3 青蒿素的合成及衍生化
23.2.3.1 青蒿素的合成
由于物种和地理环境的差异，青蒿素通常在干燥的黄花蒿叶中的含量从0.1%‐1.5%不等，因此从植物中提取青蒿素的成本较高。为解决这个问题，一些生物合成、半合成和全合成的方法被陆续开发出来。同酶催化和基因工程等11,12生物合成取得的进展相比，青蒿素的全合成目前仍不具备商业价值。目前已报道的青蒿素的化学合成路线已超过10种，基本上都是从光学活性的单萜或倍半萜开始的半合成。
图 23.3. 青蒿素的合成策略
青蒿素最主要的结构特点是含有一个三氧杂环己烷结构，这也是青蒿素抗疟活性的关键片段。因此，合成青蒿素的关键步骤是构建这个三氧杂环己烷。如图23.3所示，基于构建该环的策略不同，可以把现有青蒿素的合成路线分为三类，包括：(a) 光氧化烯醇酯化合物10或11为关键步骤的合成策略；(b) 臭氧化双氢青蒿酸12为关键步骤的合成策略；(c) 臭