青蒿素及其衍生物抗寄生虫研究进展

张雪飞，王宏伟*，韩少杰，谭攀攀，李小婷，周变华

(1.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471000；2.山东省潍坊市昌乐县畜牧兽医局，山东潍坊 262400)

青蒿(Artemisiaannua)通称黄花蒿，性寒，味苦，具有清热解暑、除蒸截疟等功效。早在《本草纲目》和《神农本草经》等医学典籍中就有其抗疟疾、抗寄生虫以及增强免疫力等功能的记载。青蒿素(artemisinin)是从青蒿叶中提取的一种新型倍半萜内酯物质，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，具有速效和低毒的特性，是继乙氨嘧啶、氯喹、伯喹之后最有效的新型抗疟疾药[1]。大量的实际应用表明，青蒿素对改善由寄生虫病引起的病理变化和炎症反应效果明显，具有良好的抗寄生虫作用。为最大限度地挖掘青蒿素的药效，目前已研发出多种高效的青蒿素衍生物，如双氢青蒿素(dihydroartemisinin)、蒿甲醚(artemether)、蒿乙醚(arteether)和青蒿琥酯(artesunate)等，这些产品都已在临床应用中取得较好的效果[2]。本文将就青蒿素及其衍生物在抗寄生虫方面的研究进展做一综述。

1　青蒿素及其衍生物抗球虫

球虫(Coccidia)可感染多种哺乳动物和禽类，鸡球虫病的暴发给养禽业带来了巨大的经济损失。鸡感染球虫后临床症状主要表现为消瘦、贫血和大量血便等症状，剖检可见鸡盲肠发生严重的病理形态学损伤和炎症反应。研究证实，青蒿素及衍生物均能提高机体免疫能力，有效减轻炎症反应，改善球虫感染鸡盲肠病变，恢复机体正常的生理功能。此外，青蒿素的抗球虫效果与其用药量密切相关。研究发现，不同青蒿素提取物对鸡球虫卵囊孢子化的影响也不尽相同，每升石油醚中添加2 ng或5 ng青蒿素提取物球虫卵囊孢子化率分别为42.3%和45.3%，而在960 mL/L乙醇添加2 ng/L和5 ng/L青蒿素提取物，其孢子化率分别为35.2%和46.0%[3]，这表明，青蒿素提取物的抗球虫效果与其浓度和添加方式有关。有试验发现，青蒿素及其衍生物抗球虫效果与球虫种类也有密切联系。据报道，5 mg/L浓度的青蒿素不但能改善堆型艾美耳球虫感染鸡的体重和饲料转化率，而且能降低柔嫩艾美耳球虫的卵囊孢子化率，而500 mg/L浓度的青蒿素才能够显著抑制堆型艾美耳球虫和巨型艾美耳球虫的卵囊孢子化率[4]。目前，青蒿素的使用剂量没有明确的安全标准，临床上也没有出现大剂量、长疗程用药导致的毒性反应报道，因此，需结合长期毒性试验的结果，综合分析评价其安全用药量。

在球虫发育的每一阶段中，细胞内均有大量的线粒体存在，以裂殖生殖阶段最为明显[5]。据报道，青蒿素能明显降低柔嫩艾美耳球虫第2代裂殖子线粒体的膜电位，并明显提高促凋亡蛋白酶caspase-3的活性，诱导第2代裂殖子凋亡，减轻感染鸡盲肠组织病变，以发挥抗球虫作用[6]。这表明青蒿素可通过干扰促凋亡蛋白的表达及活性，影响线粒体膜电位达到抑制或杀灭球虫的目的。此外，国外学者发现钙离子对球虫的发育极其重要。Emilio D C等[7]发现，青蒿素能引起球虫大配子肌浆内质网应激，引起钙离子释放，导致球虫钙离子代谢紊乱。进一步的形态学观察发现，青蒿素可破坏球虫卵囊壁，显著降低卵囊数量。这表明青蒿素通过诱导内质网应激，使Ca2+稳态失衡，抑制球虫的配子发育和卵囊的形成，达到抗球虫的目的。

2　青蒿素及其衍生物抗疟原虫

疟疾是一种以按蚊为主要传播媒介的急性寄生虫传染病[8]。目前，认为有5种疟原虫能引起人感染疟疾，分别为恶性疟原虫、间日疟原虫、卵形疟原虫、三日疟原虫和诺氏疟原虫[9-10]。疟原虫可引起宿主出现脑型疟、重症贫血、急性肾衰竭等致命症状，其中脑型疟是引起患者死亡的主要原因[11]。近年来，随着主流抗疟疾药物出现耐药性，青蒿素则成为抗疟疾的最为重要的药物，并且无论单独或与其他药物联合抗疟疾都具有良好的效果，仅有极少数患者出现罕见的轻微毒性反应。临床试验结果显示，青蒿琥酯治疗输入性疟疾的总治愈率为92.7%[12]。这表明青蒿素类药物可治不同疟疾，适用人群广，耐受性好，可在短期内治愈多数病人，并且无明显不良反应。

青蒿素具有损伤疟原虫线粒体，干扰线粒体内核糖体利用氨基酸合成蛋白质和酶的功能。线粒体蛋白质的缺乏可使虫体形成许多自噬泡，造成大量胞浆流失而死亡；青蒿素及其衍生物中有效成分经血红素催化后，产生可损伤疟原虫虫膜上脂质的自由基，进而破坏虫体膜结构，达到杀灭虫体的目的。研究发现，青蒿素可干扰线粒体膜电位，使线粒体呼吸链功能丧失，诱导自由基损伤使细胞凋亡或死亡[13]。疟原虫寄生在宿主红细胞中，通过分解血红蛋白产生维持自身生长发育所需氨基酸等营养物质，产生大量的亚铁血红素。铁元素在青蒿素抗疟原虫中起关键的作用，血红素中的二价铁可催化青蒿素类药物结构中过氧桥，产生能与疟原虫蛋白质结合的氧自由基并形成共价键，使疟原虫蛋白功能丧失，进而发挥抗疟原虫作用。

3　青蒿素及其衍生物抗血吸虫

血吸虫病(Schistosomiasis)是由裂体吸虫属血吸虫引起的一种慢性寄生虫病，可分为肠血吸虫病和尿道血吸虫病。我国常见的是肠血吸虫，主要由日本血吸虫引起，其发育分成虫、虫卵、毛蚴、母胞蚴、子胞蚴、尾蚴及童虫7个阶段。尾蚴、童虫、成虫和虫卵均可对宿主引起不同程度的损害和复杂的免疫病理反应[14]。青蒿素及其衍生物已被证实具有抗血吸虫作用，尤其是对血吸虫的幼虫期和童虫期作用效果明显。有学者发现，双氢青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚各300 mg/kg分别连续给药或者以300 mg/kg 3种药物混合液配伍给药抗血吸虫童虫和成虫阶段，分别在感染6 d～8 d用药和感染34 d～36 d用药，小鼠减虫率与减雌率无显著差异[15]。这表明青蒿素类药物在整个用药期对童虫和成虫阶段的血吸虫具有杀灭作用，并且杀虫效果与用药量无明显关系。进一步研究发现，使用双氢青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚治疗日本血吸虫吡喹酮抗性虫株效果明显，表明青蒿素类药物与吡喹酮药物之间不存在交叉耐药性。

青蒿素类药物中的过氧桥活性基团是抗血吸虫的有效成分，通过影响虫体糖代谢从而抑制或杀灭血吸虫。据报道，经蒿甲醚作用后的日本血吸虫尾蚴，雌虫的己糖激酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸酶和磷酸葡萄糖异构酶活性呈下降趋势，且醛缩酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、6-磷酸葡糖酸脱氢酶以及6-磷酸甘露糖异构酶的活性也明显降低，甚至被抑制，而对雄虫无明显效果甚至无效。可见蒿甲醚对血吸虫雌虫的糖代谢具有明显的抑制效果。也有学者指出，蒿甲醚可降低肝期血吸虫体内糖元分泌，抑制碱性磷酸酶活力，导致体表肠管和生殖腺形态异常以及虫体萎缩，体内蛋白质含量明显减少，尤其雌虫最明显[16]。此外，青蒿素类药物抗疟原虫的机制是过氧桥与原虫体内的铁元素发生反应，产生可损伤原虫自由基，而血吸虫在宿主体内也是通过摄取红细胞满足自身营养需求，体内血红素与Fe2+反应催化青蒿素中的过氧桥基团，使之产生大量能损害虫体的自由基从而达到抑制或是杀灭血吸虫的目的，这与青蒿素类药物抗疟原虫机制相似。

4　青蒿素及其衍生物抗弓形虫

刚地弓形虫(Toxoplasmagondii)呈细胞内专性寄生，主要寄生于大脑，可引起人畜共患弓形虫病[17]。研究表明，在非病毒感染性脑病中，弓形虫脑病发生率仅次于结核性脑炎和隐球菌脑炎。人感染后免疫功能下降，从而引发各种疾病，严重时可导致免疫力低下者死亡、造成孕妇流产、死胎、畸形胎等。近年来，已有研究证实青蒿素及其衍生物具有良好的抗弓形虫效果。在体外抗弓形虫试验中，3 μL/mL青蒿酯钠抑制弓形虫对Hela细胞的感染及虫体分裂增殖效果优于25 μL/mL乙胺嘧啶[18]。表明低剂量的青蒿素类药物具有良好的抗弓形虫作用。陈炘等[19]报道，使用双氢青蒿素哌喹片(dihydroartemisinin and piperaquine phosphate tablets)和青蒿琥酯片(artesunate tablets)治疗弓形虫脑病，结果发现，双氢青蒿素哌喹片和青蒿琥酯片与复方磺胺甲恶唑联合阿奇霉素具有协同作用，可增强治疗效果，颅内病灶明显吸收好转，优于磺胺甲恶唑、阿奇霉素单独治疗。

研究发现，青蒿素类药物能有效抑制弓形虫的心肌肌浆网Ca2+-ATP酶(SERCA)基因片段在酵母菌中的表达[20]。这表明SERCAs可能是青蒿素类药物的作用靶点。青蒿素类药物还可通过干扰弓形虫的二氢叶酸还原成四氢叶酸，导致弓形虫蛋白功能异常或丧失。此外，青蒿素类药物可通过干扰弓形虫能量代谢，抑制其发育和增殖。经蒿甲醚作用的弓形虫，体内葡萄糖-6-磷酸酶活性降低，虫体膜外周的黑色沉淀减少，并且围虫泡内的虫体葡萄糖-6-磷酸酶也受到一定影响。尹卫东等[21]观察双氢青蒿素单独用药或与阿奇霉素联合用药对弓形虫速殖子结构的影响，结果发现，无论单独用药还是联合用药，均使速殖子出现水肿，细胞膜结构异常、细胞质脂滴增多、形成空泡。这表明单用双氢青蒿素或与阿奇霉素联用，均可破坏弓形虫速殖子的细胞膜、细胞器和细胞核的结构和功能，可导致虫体代谢异常，进而抑制虫体的发育或杀灭虫体。

5　青蒿素及其衍生物抗蓝氏贾第鞭毛虫

蓝氏贾第鞭毛虫(Giardialamblia)又称贾第虫，是一种常见的肠道寄生性原虫，主要寄生在哺乳动物的小肠、胆囊、十二指肠内，已被列为全世界危害人类健康的十种主要寄生虫之一[22]。它主要感染儿童和免疫功能受损人群及动物，可引起宿主腹痛、腹泻和吸收不良等症状。目前，该病的主要治疗药物有甲硝唑、替硝唑、甲苯达唑等药物，这些药物治疗效果无明显差异,而且均已出现耐药性、不良反应及毒性损伤等。已有研究证实，青蒿素类药物可杀灭贾第虫，并且毒副作用小，其中双氢青蒿素抗贾第虫效果最显著。田喜凤等[23]发现，经双氢青蒿素作用后的贾第虫，虫体畸形、表面出现突起；细胞质内核糖体溶解，出现空泡；细胞膜崩解、脱落、膜下微管被破坏；吸器膜下微管结构受损失去凹状结构；核染色质稀疏，核周间隙变宽，并出现异形核。这表明双氢青蒿素可使细胞形态功能异常，致使吸器螺旋微管结构破坏，引起鞭毛功能丧失，最终导致滋养体无法摄取所需养分，以达到抑制虫体生长发育或杀灭虫体的目的。

蓝氏贾第鞭毛虫的滋养体借助前端的吸盘和鞭毛，吸附于宿主肠道上皮细胞表面以摄取生长所需营养，导致宿主肠黏膜吸收营养面积大量减少，并造成肠上皮细胞微绒毛损伤，最终引起肠黏膜吸收功能异常[24]。在此过程中，吸盘和鞭毛的协同作用是在贾第虫获取养分，对宿主产生病理形态学损伤起至关重要的作用。吸盘和鞭毛主要是由微丝、微管等细胞骨架组成，因此细胞骨架与贾第虫的致病性密切相关。研究证实，双氢青蒿素对体外培养的贾第虫滋养体具有损伤作用，通过电镜可见质膜下出现空泡，吸盘上隆起一个空腔，滋养体形态结构异常或畸形，其中微丝、微管被破坏。表明双氢青蒿素可破坏胞膜和吸盘的骨架结构，使其正常生理功能丧失，进而抑制虫体发育或致其死亡。国外学者发现，贾第虫骨架结构中含有一种特有成分“贾第素”，其中α-贾第素可能是进化过程中膜联蛋白的代表，并且很可能具有保守的关键结构域，而行使相似的功能[25]。进一步研究发现，不同浓度的双氢青蒿素对蓝氏贾第鞭毛虫的α-贾第素(Alpha-7.3 giardin)基因mRNA的表达抑制效果明显，并且抑制效果与药物浓度和用药时间成正比。这表明双氢青蒿素对贾第虫的细胞骨架蛋白具有损伤作用，可见双氢青蒿素治疗贾第虫效果显著，揭示了细胞骨架成分可能是青蒿素类药物的作用靶点。

6　青蒿素及其衍生物抗卡氏肺孢子虫

卡氏肺孢子虫(Pneumocystiscarinii)是一种常见的机会性致病寄生虫，可引起卡氏肺孢子虫肺炎，多发于免疫缺陷人群，尤其是艾滋病患者[26]。当宿主免疫力低下时，处于潜伏状态的虫体即进行大量繁殖，引发间质性浆细胞性肺炎，引发呼吸系统疾病。对于该病的治疗，临床上多以复方磺胺甲恶唑和喷他脒为主，但因其具有一定毒副作用，尤其治疗艾滋病患者毒副反应较强，在实际使用中受到限制。青蒿素类药物作为高效、低毒、广谱抗寄生虫药物已被证实具有抗卡氏肺孢子虫效果。据报道，观察双氢青蒿素、青蒿琥酯对体外培养的卡氏肺孢子虫作用效果发现，在卡氏肺孢子虫滋养体和包囊生长高峰期时，50 μmol/L双氢青蒿和100 μmol/L青蒿琥酯的滋养体抑制率分别为88.0%和90.1%，而包囊抑制率分别为67.5%和67.3%，与15 μmol/L喷他脒抑制效果无明显区别[27]。由此得知，两种青蒿素类药物在一定浓度均具有抑制卡氏肺孢子虫的作用，效果与化学药物相当；当浓度增加时滋养体抑制率上升，揭示青蒿素类药物抗卡氏肺孢子虫效果可能与药物浓度有关。

对青蒿素类药物抗卡氏肺孢子虫作用机制探究发现，青蒿素类药物可损伤虫体的细胞膜、细胞核、线粒体、内质网等，通过破坏虫体表膜结构抑制虫体发育或杀灭虫体。研究发现，卡氏肺孢子虫经双氢青蒿素和青蒿琥酯分别作用2 h后，虫体表膜的微绒毛开始脱落变形。随着作用时间延长，细胞膜上出现大小不等的凹陷性损伤，甚至内部结构外漏，与喷他脒作用后表膜出现蜂窝状大小不等的空洞结构相似[28]。进一步研究发现，双氢青蒿素使卡氏肺孢子虫滋养体和包囊的胞质中出现大空泡，核膜破裂，部分滋养体和包囊的粗面内质网肿胀，线粒体形态异常。说明青蒿素类药物可通过破坏线粒体、内质网、核膜的正常结构，干扰卡氏肺孢子虫膜系功能，增加虫体表膜通透性，使表膜无法发挥正常的生理功能，引起虫体代谢异常，从而达到杀虫效果。此外，也有学者认为寄生虫引起宿主细胞凋亡，是其致宿主细胞损伤的重要机制。李文桂等[29]指出，用60 mg/kg的双氢青蒿素治疗大鼠卡氏肺孢子虫肺炎，用PI和TUNEL染色法检测脾细胞凋亡率，结果发现，双氢青蒿素可明显抑制卡氏肺孢子虫引起的脾细胞大量凋亡。据此推测青蒿素类药物可下调卡氏肺孢子虫诱导的促脾细胞凋亡分子的表达，从而发挥抑制脾细胞凋亡的作用。

7　结语

迄今为止寄生虫病在全球范围内仍无法攻克，而且多数寄生虫为隐性感染，未能引起人们的广泛重视。随着寄生虫病的不断发生，主流抗寄生虫药物已出现一些安全问题，如耐药性、药物残留、毒副作用等一系列的问题。研究和开发新型、高效、低毒的抗寄生虫药物迫在眉睫。青蒿以价格低廉、副作用低、且不易产生交叉耐药性等优点成为学者关注的焦点。青蒿素及其衍生物对球虫、疟原虫、弓形虫、血吸虫、肺孢子虫和蓝氏贾第鞭毛虫等多种寄生虫表现出了良好的作用效果，但其杀虫机制还尚未明确。随着分子生物学等技术的提高以及结合更多的实验室研究，对寄生虫生理、生化、代谢、虫体与宿主病理、免疫等关系进一步研究，明确其作用过程，这无疑对中药抗寄生虫病具有重大意义。