青蒿素类药物的药理作用新进展

郭燕，王俊，陈正堂

（第三军医大学附属新桥医院全军肿瘤研究所，重庆 400037）

青蒿素类药物的药理作用新进展

郭燕，王俊，陈正堂

（第三军医大学附属新桥医院全军肿瘤研究所，重庆 400037）

植物黄蒿提取物用来治疗疟疾相关的发热已经有一千多年的历史，公元340年间的东晋医学家和炼丹化学家葛洪所著的《肘后备急方》即有关于青蒿治疗疟疾的记载。1972年，我国科研人员首次从菊科植物黄蒿中分离得到抗疟疾的有效单体，命名为青蒿素，其衍生物包括二氢青蒿素、蒿甲醚、蒿乙醚和青蒿琥酯，均含有过氧桥结构，属于新型倍半萜内酯化合物。除青蒿琥酯在碱性条件下可溶外，其它青蒿素衍生物均难溶于水[1]。目前，青蒿素类药物毒性低，抗疟疾作用强，已替代了传统抗疟药喹啉治疗疟疾的地位，被WTO批准为在世界范围内治疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物。近些年研究发现青蒿素类药物还具有其它方面的药理作用，如抗肿瘤、治疗细菌脓毒症等，使得这类药物备受关注。

1 抗疟疾作用

在众多的青蒿素衍生物中，青蒿素是最早被发现具有抗疟疾作用的活性物质。后来人们对青蒿素化学结构进行了改造，人工合成了二氢青蒿素、蒿甲醚、蒿乙醚和青蒿琥酯等衍生物。这些衍生物保留了原有的过氧桥结构，但稳定性更好，杀伤疟原虫的作用更强，对耐药性的疟疾也有很好的治疗作用。青蒿素不仅单药治疗疟疾作用显著，而且联合治疗疟疾效果更佳。

1.1 二价铁离子依赖的抗疟疾作用 目前，有关青蒿素类药物的抗疟作用机理仍不清楚，多数人认为二价铁离子介导了青蒿素衍生物的抗疟作用，该作用与青蒿素的化学结构密切相关。在疟原虫破坏红细胞并吞噬血红蛋白后，疟原虫体内的血红蛋白酶，主要是天冬氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶将吸收的血红蛋白催化降解成游离氨基酸，同时释放出血红素和游离的二价铁离子；二价铁离子再催化青蒿素类物质中的过氧桥裂解，产生大量以青蒿素炭原子为中心的自由基和活性氧（reactive oxygen species，ROS），它们将修饰或抑制疟原虫生长所需要的大分子物质或破坏疟原虫生物膜结构，最终导致疟原虫死亡[2]。

1.2 抑制血红素的内化 已知血红素经虫体的解毒机制聚合成不溶水的、无活性的结晶物质，即疟色素，其储存于虫体食物空泡内。氯喹对血红素具有较强的亲和力，它通过竞争性结合血红素从而拮抗青蒿素的抗疟作用，但青蒿素能抑制血红素的内化，从而阻断疟原虫对铁离子和蛋白质的利用[3]。去铁胺、苯甲酰腙吡哆醛和1，2-二甲基-3-羟基吡啶-4-酮等铁螯合剂均可渗透入红细胞膜，抑制青蒿素和蒿乙醚的抗疟作用[4]。Hoppe 等[5]直接观察到青蒿素可以长时间（12 h）和短时间（5 h）抑制疟原虫对大分子物质的内化，最高抑制率达到85%。这说明血红素必须进入食物空泡内才能释放铁离子，青蒿素抑制血红素内化可能是其抗疟作用机理之一。

1.3 与抗炎作用有关 血红素是迄今所知生物体内最强的脂质过氧化反应的催化剂，具有刺激单核-巨噬细胞释放炎症细胞因子的作用。已经证实多种促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、巨噬细胞游走抑制因子（MIF）、白细胞介素-12（IL-12）与疟疾患者发热和肝损伤有密切相关。Aldieri等[6]发现，青蒿素可显著抑制诱导性NO合酶的合成、促炎细胞因子的释放，其作用可能与其抑制核转录因子NF-kB的激活有关，因为已经证实多种倍半萜内酯化合物包括青蒿素类药物是NO合酶基因表达的强抑制剂，它们可通过烷化NF-kB 或阻断抑制性蛋白IkB的降解削弱NF-kB的活性。

1.4 增加细胞内钙离子水平 最近, Eckstein-Lud-wig等[7]认为青蒿素的抗疟疾作用可能与其抑制疟原虫肌浆/内质网膜钙离子依赖的ATP酶（the sarco/endoplasmic reticulum calcium-dependent ATP kinase，SERCA）活性有关。疟原虫SERCA与人体的内质网ATP酶功能十分相似。正常情况下，这种酶可以通过将钙离子排出细胞外来调节细胞内的钙离子水平。青蒿素抑制SERCA活性可使细胞内钙离子水平升高，细胞随之凋亡，给予内质网钙离子抑制剂Thapsigargin可以竞争性抑制青蒿素对SERCA的作用。而且，即使青蒿素阻断了疟原虫SERCA的活性，促使细胞死亡，但并不影响正常细胞的钙排出活动[8]。

2 抗肿瘤作用

体内和体外实验证实，青蒿素及其衍生物对多种人类和动物肿瘤细胞均具有毒性作用，包括黑色素瘤细胞、肾癌细胞、中枢神经系统肿瘤细胞、肺癌细胞等。而且同一种衍生物对不同类型肿瘤细胞的作用强度不同，具有选择性。在一项体外抗肿瘤实验中发现，青蒿琥酯对肠道肿瘤细胞和白血病细胞的抑制作用较强，而对肺小细胞癌细胞的杀伤作用较弱，其作用强度不到肠肿瘤细胞和白血病肿瘤细胞的1/20[9]。此外，Beekman等[10]研究了二氢青蒿素抑制四种肿瘤细胞的增殖作用，发现其对宫颈癌Hela细胞的抑制作用较强，IC50为8.5 ～32.9 mmol·L-1。二氢青蒿素处理24 h后的人乳腺癌MCF7 排列疏松，呈分离状态，35.6%的细胞出现死亡，IC50为0.31 mmol·L-1。而青蒿素对MCF-7细胞增殖仅有微弱抑制作用。10 µmol·L-1青蒿素引起的MCF-7细胞凋亡和直接细胞毒作用与1 µmol·L-1的青蒿琥酯作用相当[11]。

在小鼠肿瘤移植瘤模型中发现，青蒿琥酯能显著抑制人卵巢癌细胞HO-8910异种移植肿瘤的生长。在用100 mg·kg-1的青蒿琥酯连续治疗15 d后，小鼠肿瘤生长抑制率达62%[12]。这说明不同衍生物的抗肿瘤活性有所不同，具有选择性，推测其原因可能是来源于它们的亲脂性不同。其抗癌活性与化合物的构象、靶蛋白的差异相关。

2.1 诱导肿瘤细胞凋亡 Yamachika等[13]系统比较了青蒿素和常规化疗药5-氟尿嘧啶（5-FU）对口腔癌细胞IHGK的影响，发现青蒿素不同于5-FU对细胞的直接杀伤作用，其主要作用是诱导肿瘤细胞凋亡。Singh等[14]报道青蒿素可以诱导类人淋巴母细胞Molt-4细胞凋亡，而不是坏死。而且在铁转运蛋白的协助下，青蒿素的诱导凋亡作用更显著。青蒿素衍生物青蒿琥酯不但能抑制人肝癌细胞H22和BEL-7402的增殖，而且能诱导肿瘤细胞凋亡。进一步研究发现，诱导的凋亡与Bcl-2 基因、PCNA基因表达下调和bax蛋白表达升高相关。Efferth等[15]分析了青蒿素对55种人肿瘤细胞相关基因的影响，这些基因包括药物抵抗基因、DNA损伤与修复基因、凋亡调控基因、增殖相关基因、原癌基因、肿瘤抑制基因和细胞因子基因。最近Disbrow等[16]的研究表明，两种青蒿素衍生物二氢青蒿素和青蒿琥酯均对人类乳头瘤病毒的宫颈上皮细胞具有毒性作用；对狗口腔乳头瘤病毒诱导的口腔癌形成也具有抑制作用。进一步发现这种疏水性的药物可以自由穿透上皮细胞表面，从而诱导线粒体半胱天冬酶表达进而启动细胞凋亡，而且这一凋亡过程是P53 蛋白非依赖性的，表明青蒿素及其衍生物可以用来预防和逆转病毒介导的肿瘤病变。

2.2 二价铁离子介导的细胞毒作用 青蒿素及其衍生物的抗肿瘤作用机制目前还不完全清楚。但大量证据显示，青蒿素的抗肿瘤作用机制与其抗疟机制十分相似。研究表明，二价铁和铁转运蛋白在红细胞和肿瘤细胞中的含量较正常细胞高。处于对数生长期的细胞对二价铁离子的吸收逐步增加，而肿瘤细胞铁离子的吸收与肿瘤细胞增殖呈正相关。二价铁参与了青蒿素的抗疟作用，同样也可能介导了青蒿素对肿瘤细胞的毒性作用。首先，铁传递蛋白及硫酸氨基乙酸亚铁能显著增加青蒿素等衍生物的细胞毒性作用，对两种肿瘤细胞CCRF-CEM和U373的细胞毒性与单用青蒿素比较增加了1.3～1.5倍，但对正常人外周血单个核细胞没有影响，可能原因是外周血单个核细胞膜上转铁蛋白受体表达量不足肿瘤细胞的1.3%。将外源性的铁转运蛋白和青蒿素共价耦联后，再与肿瘤细胞孵育可以大大提高青蒿素杀伤肿瘤细胞的效率。其次，铁转运蛋白可以增加青蒿素对耐药肺癌细胞株H69VP的杀伤作用,而不是非耐药细胞株H69。将耐药细胞株用880 nmol·L-1的铁转运蛋白预处理后4 h后，IC50从24 nmol·L-1降至504 nmol·L-1[17]。此外，肿瘤细胞不仅仅高表达铁转运蛋白，而且高表达转铁蛋白受体。转铁蛋白受体介导了细胞对铁离子的吸收和利用过程；抗转铁蛋白受体单克隆抗体RVS10能逆转铁转运蛋白协同青蒿素杀伤CCRF-CEM和U373细胞的作用[18]。McCarty等[19]的研究表明，抗血管生成药物治疗会上调肿瘤细胞低氧诱导因子1（HIF-1）的表达，这加重了肿瘤治疗的负担，因为HIF-1 表达与耐药相关，并增加转铁蛋白受体表达。但这恰恰扩大了青蒿素治疗耐受性肿瘤的空间。

2.3 氧自由基介导的细胞毒作用 已经发现亚铁离子的氧化还原特性可以增加肿瘤细胞对过氧化氢的敏感性，而肿瘤细胞一旦缺少细胞内铁，就变得对过氧化氢不敏感性。以前认为，过氧化氢和青蒿琥酯都可以产生ROS和自由基。对过氧化氢抵抗的肿瘤细胞同样对青蒿琥酯不敏感。因此，推测与青蒿素杀死疟原虫的机制类似，肿瘤细胞内的二价铁可以催化青蒿素类物质的过氧桥裂解，产生大量以青蒿素炭原子为中心的自由基和ROS。自由基破坏了肿瘤细胞膜即导致细胞内物质外漏，从而杀死肿瘤细胞[20]。

2.4 抑制血管生成 Wartenberg等[21]报道青蒿素可以抑制正常小鼠胚胎血管生成，并增加血管通透性，同时下调HIF-1、血管内皮生长因子（VEGF）和基质金属蛋白酶2（MMP-2）的表达。而自由基清除剂如维生素E可以逆转青蒿素的抗血管生成作用。这些结果表明青蒿素的抗血管生成作用与其产生的自由基密切相关。在对肿瘤血管生成的研究中，Chen等[22]报道了二氢青蒿素和青蒿素均可抑制人脐静脉内皮细胞（HUVE）的增殖、迁移和管状形成。进一步研究发现，另一衍生物青蒿琥酯能显著降低人卵巢肿瘤细胞HO-8910异体移植的小鼠肿瘤组织微血管密度（LVD），对肿瘤细胞、HUVE的VEGF及其受体血管内皮生长因子受体1（VEGFR-1）的表达均具有抑制作用。其中对VEGFR-2的抑制率可达到80%；而青蒿琥酯和二氢青蒿素及合成的青蒿素衍生物在绒毛膜尿囊膜血管新生模型中也具有相似的作用，但它们的作用强度有所不同。

2.5 增加放化疗敏感性 研究还发现，青蒿素及其衍生物不仅能单独作用于肿瘤细胞，而且与5-FU、吡柔比星、阿霉素等抗肿瘤药物具有协同抗肿瘤作用。Kim等[23]最近发现，二氢青蒿素可增加神经胶质瘤细胞U373MG的放射敏感性，其机制可能与青蒿素增加ROS生成及抑制谷胱苷肽转移酶（GST）的表达相关。最近，美国华盛顿大学的Singh又发现二氢青蒿素可以与另一抗炎物质丁酸具有协同抗肿瘤作用。丁酸是大肠细菌群合成的短链、具有抗炎作用的脂肪酸，对正常结肠上皮细胞具有营养作用。将20 µmol·L-1的二氢青蒿素和1 mmol·L-1的丁酸与Molt-4共孵育24 h几乎可以杀死所有的肿瘤细胞，而20 µmol·L-1的二氢青蒿素和1 mmol·L-1的丁酸对肿瘤细胞的杀伤率分别为40%和32%[24]。同时发现药物诱导的凋亡明显增强。

3 抗炎作用

疟疾患者体内有高水平的促炎细胞因子,TNF-α和IL-12分别在疟疾患者高热和肝损伤的发生中起主要作用。多种倍半萜内酯化合物包括青蒿素类药物均可通过烷化NF-kB或阻断抑制性蛋白IkB的降解削弱NF-kB的活性表明，提示核转录因子NF-kB可能是青蒿素类药物抑制促炎因子释放的主要靶点。

在研究青蒿素抗内毒素的研究中，梁爱华等[25]发现青蒿琥酯对内毒素（LPS）及合并干扰素刺激小鼠腹腔巨噬细胞NO的合成有明显的抑制作用；青蒿琥酯对LPS 刺激的小鼠腹腔巨噬细胞RAW 264.7具有相同的保护作用，而且随青蒿琥酯浓度的增加青蒿琥酯对NO产生的抑制作用也增强，青蒿琥酯对LPS诱导的TNF-α产生具有明显的抑制作用，与LPS单独应用比较抑制率达58%；青蒿素可降低LPS休克小鼠体内LPS、TNF-α、P450浓度，升高超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低小鼠死亡率，延长小鼠的平均生存时间，对内毒素休克小鼠肝、肺组织也有一定的保护作用[26]。前期的研究也显示，青蒿素可抑制多种致炎因子包括刺激性的CpG寡核苷酸（ODN containing CpG，CpG ODN）或热灭活的大肠杆菌诱导巨噬细胞释放促炎细胞因子TNF-α、IL-6[27,28]。青蒿素抑制CpG ODN诱导的促炎因子释放的确切机制并不清楚，推测可能与青蒿素抑制CpG ODN的内化有关，因为CpG ODN必须先进入细胞才能与受体TLR9结合启动炎症反应通路，此过程中一种笼合蛋白（clathrin）和细胞上的某种受体可能参与了细胞对CpG ODN的内吞过程；也可能与青蒿素影响TLR9 mRNA和蛋白的表达有关或影响受体与配体间的相互作用，或直接抑制转录因子，如NF-kB和AP-1的活化[29]。

4 治疗寄生虫病

1982年，Chen等最早研究了青蒿素的抗血吸虫作用，后来Le等又报道了青蒿素衍生物蒿甲醚和青蒿琥酯可用于治疗血吸虫病。青蒿素类药物抗血吸虫有以下特点：1）对不同属的血吸虫均有杀伤作用，如日本血吸虫、曼氏血吸虫和埃及血吸虫，但作用敏感性不同，对于日本血吸虫，感染后1～2周时效果好，而对于曼氏血吸虫需要2～3周才能获得最佳效应；2）对血吸虫的童虫作用显著，杀伤率最高可达70%～80%，但对成虫作用较弱，不到40%，提示其作用具有阶段性；3）对兔、小鼠和仓鼠血吸虫模型均具有很强的治疗作用，临床试验安全性好，蒿甲醚和青蒿琥酯的临床使用的推荐剂量分别为16和6 mg·kg-1；4）杀伤血吸虫童虫的同时，对虫卵引起的损伤具有保护作用；5）联合使用蒿甲醚和吡喹酮治疗效果更好、更安全，对不同发育阶段的虫体包括成虫和幼虫均有显著作用[30]。

关于青蒿素类药物抗血吸虫的作用机制已经进行了探索，但确切的机制仍未阐明。证据显示，蒿甲醚对虫体糖原、蛋白质含量以及ATP 酶的活性均有影响，能抑制到糖原合成和利用过程中的多种酶活性。例如蒿甲醚可增强磷酸化酶活性，分解糖原；抑制乳酸脱氢酶，减少虫体糖酵解的终产物乳酸含量；抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和三磷酸腺苷酶活性。此外，蒿甲醚对小鼠体内日本血吸虫已糖激酶、磷酸葡萄糖异构酶和磷酸果糖激酶活性的抑制作用，表明糖酵解途径中的关键酶可能也是青蒿素类药物的靶标之一[31]。

在抗其它寄生虫的研究中，人们发现青蒿素类药物对卡氏肺孢子虫和阴道毛滴虫的杀伤作用。最近，廖琳等[32]观察了二氢青蒿素体外抗阴道毛滴虫的作用。将阴道毛滴虫与不同质量浓度的二氢青蒿素共同孵育24～ 72 h 后，发现其最低杀灭剂量为2.5 mg·ml-1，最低抑制剂量为1.25 mg·ml-1。李文桂等[33]研究了二氢青蒿素治疗后卡氏肺孢子虫肺炎（PCP）大鼠模型肺部病理学变化，动物用60 mg·kg-1二氢青蒿素治疗后，光镜和电镜观察到中卡氏肺孢子虫包囊数目显著减少，肺组织炎症明显减轻，滋养体表膜和核膜破裂，胞质中出现大量空泡和高电子密度颗粒，Pc包囊中也出现空泡，囊内小体变性坏死，提示二氢青蒿素可杀死卡氏肺孢子虫滋养体和包囊，从而减轻肺组织的炎症反应。后来进一步的研究证实，二氢青蒿素抗肺孢子虫作用与其抑制促炎细胞因子TNF-α、IL-1β释放有一定的关系。

5 小结

青蒿素发现至今还不到40 年的时间，作为我国第一个真正意义上走上世界的中药，已经引起了广泛关注。在WHO批准用这类药物用于治疗疟疾的同时，全世界包括中国的药厂也瞄准了青蒿素带来的无限商机。目前，国际上对青蒿素需求的日益扩大，使得国内正在扩大青蒿种植和生产规模，并试图应用现代生物技术提高产率或人工合成青蒿素。最近，最初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，这无疑使青蒿素类药物再添光辉。由于青蒿素类药物在治疗肿瘤、血吸虫方面与治疗疟疾一样具有独特的优势，如价格低廉、靶向性强，毒副作用少，可以用于单药、联合治疗肿瘤和肿瘤预防。因此，可以肯定，青蒿素类药物的作用方兴未艾，增加青蒿素的适应症对提高青蒿素的利用、增加其经济价值具有重要意义。

摘编自《中国临床药理学与治疗学》2006年第6期：615～620页，图、表、参考文献已省略。