青蒿素類衍生物結構修飾研究進展

路娟，陳莉，2，房碧晗，3，宗傳杰，2，陳曦

(1.中國醫學科學院藥用植物研究所，北京 100193;2.黑龍江中醫藥大學，黑龍江哈爾濱 150040;3.佳木斯大學，黑龍江 佳木斯 154007)

青蒿素(Artemisinin)是1972年從菊科植物黃花蒿(Artemisia annua L.)中提取的新型抗瘧藥［1］，是中國唯一被世界衛生組織認可的按西藥研究標準研究開發的植物藥，也是第一個真正得到全球公認的重要產品，1979年確認了其結構，它是一種新型倍半萜內酯，具有過氧鍵和內酯環，有一個包括過氧橋在內的1，2，4－三噁烷結構單元［2－3］，其分子結構式如圖1所示。

圖1 青蒿素化學結構式

雖然青蒿素對瘧疾的治療具有高效、副作用低和對抗藥性瘧疾有效等優點，但是青蒿素親水親油性都較差，很難制成合適的劑型，使用不方便，造成生物利用度低和復燃率高等問題［4］。因此，化學工作者對青蒿素進行側鏈的改造，母環的修飾，并對合成的衍生物進行活性的研究，希望篩選出療效更為優良的藥物［5－7］。目前，已成功合成了成百上千種青蒿素衍生物，但是成功用于臨床的并不多。

Gabor A.Balint［2］，沈丹丹［8］等對 2007 年之前的青蒿素衍生物已進行了較好的總結，本文對青蒿素的具有代表性的衍生物和近幾年青蒿素衍生物的進展進行全面綜述。

1 青蒿素衍生物目前已上市藥物

70年代末，李英等首先將青蒿素催化加氫得到雙氫青蒿素(1，圖2)，雙氫青蒿素作為青蒿素體內的有效代謝產物，抗瘧作用是青蒿素的4～8倍，作為一類全新結構的抗瘧藥，雙氫青蒿素具有迅速、安全、高效、低毒且與大多數抗瘧藥無交叉抗性等特點。但是雙氫青蒿素的水溶性差和半衰期短導致的生物利用度低和抗瘧復燃率高的缺點，在一定程度上限制了其臨床應用。

以雙氫青蒿素為中間體，在酸的催化下形成蒿甲醚(2，圖2)［9］。蒿甲醚經臨床研究證實不僅保持了青蒿素的特點，而且具有了油溶和水溶的特點，顯示了比青蒿素更好的化學穩定性，能使復燃率有所降低。其油溶性較大的特點使得它可以制成針劑，對搶救危重瘧疾病人非常有利。蒿甲醚于1981年通過鑒定，1995年載入《國際藥典》，已被WHO列為治療兇險型瘧疾的首選藥。蒿甲醚對瘧原蟲紅內期有強大、快速的殺滅作用，能迅速控制臨床發作及癥狀，抗瘧作用比青蒿素強10～20倍。

圖2 蒿甲醚和青蒿琥酯的合成路線

李英等［10］用吡啶作為催化劑，雙氫青蒿素與酸酐或酰氯作用，合成了碳酸酯、羧酸酯類衍生物，青蒿琥酯(3，圖2)是目前唯一有效的青蒿素水溶性衍生物，具有多種給藥特點，并且成功應用于臨床［11］。

2 青蒿素軛合物

近幾年的文獻報道中，青蒿素類化合物的結構修飾較多的運用了軛合物的設計這一理念，運用藥物拼合原理和藥物前藥原理，將兩個藥物的藥效團經共價鍵結合成單一分子，以期獲得毒副作用減小，藥理作用相加的新藥，從而實現單分子多功效，能夠顯著提高藥物的作用［12－14］。

2.1 與抗病毒類藥物形成軛合物

圖3 青蒿素與抗病毒及抗腫瘤類藥物形成的軛合物

為了考察軛合物間隔臂的長短對抗病毒活性的影響，孫政進［15］以雙氫青蒿素為先導物，采用不同長度的柔性直鏈脂肪二元酸為間隔臂，同時為了考察青蒿素與不同的抗病毒藥物形成的軛合物對抗病毒作用的影響，選擇了AZT、d4T、雙氫青蒿素為取代基與雙氫青蒿素形成軛合物，除此之外，還設計了具有抗腫瘤作用的去氫姜酮作為取代基，合成了16個目標化合物(如圖3所示)，并初步探討了此類軛合物的抗病毒作用。

2.2 與抗腫瘤類藥物形成軛合物

2.2.1 糖苷類物質對青蒿素的結構修飾

糖類物質是生物體內的重要的活性物質，具有很多生理功能，并且糖本身具有良好的溶解性能和藥理功能，為了改善青蒿素的水溶性，提高其抗腫瘤活性，任彥榮［4］分別采用化學合成和酶催化合成的方法對青蒿素進行糖基化修飾(如圖4所示)，通過體外活性篩選得到半乳糖－青蒿素對人宮頸癌Hela細胞具有較好的抑制活性和誘導細胞凋亡的作用，抑制效果優于對照組青蒿素。在體外抗腫瘤活性篩選的基礎上，建立了小鼠宮頸癌U14動物模型，對瘤體的體積和質量、生存時間變化及毒性進行研究，并對糖基化青蒿素衍生物的抗腫瘤活性做出了較全面的評價，兩種制備方法得到的產物質量抑瘤率分別為47.7%和55.9%，而根據中藥療效評價規定的指標——抑瘤率30%以上，判定該藥物具有一定的抗腫瘤作用。因此，糖基化青蒿素具有一定的抑瘤作用，且酶法制備的產物活性稍高。

圖4 青蒿素的糖基化修飾

2.2.2 二十二碳六烯酸對青蒿素的結構修飾

二十二碳六烯酸(DHA)是多元不飽和脂肪酸的一種，其本身具有一定的抗腫瘤效果，并且具有腫瘤細胞靶向性，已經廣泛用于合成靶向抗腫瘤藥物。

圖5 二十二碳六烯酸雙氫青蒿素酯的合成路線

采用MTT法考察二十二碳六烯酸雙氫青蒿素酯(圖5)的體外抗腫瘤活性，二十二碳六烯酸雙氫青蒿素酯對人Burkitt淋巴瘤細胞株CA46、人T淋巴細胞白血病細胞株Molt4和小鼠淋巴瘤細胞P388三種腫瘤細胞株具有顯著的增殖抑制作用，IC50值分別為0.024，0.076 和 0.105mg/L，抑制作用明顯優于青蒿素和雙氫青蒿素［16－17］。

2.2.3 茄尼醇衍生物、非甾體抗炎藥和NO供體對青蒿素的結構修飾

茄尼醇衍生物［18］、非甾體抗炎藥［19］和 NO 供體［20－21］都具有一定的抗腫瘤活性，為了進一步提高青蒿素的抗腫瘤活性，孟麗麗等［17］采用藥物拼合的原理，將這些藥物分子引入到青蒿素結構中，得到了一系列具有多重抗腫瘤機制的新型青蒿素類拼合藥物。

茄尼醇具有包括抗腫瘤作用在內的多種生物活性，廣泛應用于合成具有抗腫瘤活性的茄尼醇衍生物，以青蒿琥酯作為母核，將茄尼醇分子引入到青蒿素結構中，對青蒿素的抗腫瘤活性起到協同增強作用，如圖6路線a所示。

5－單硝酸異山梨醇是一種硝酸鹽類NO供體，一氧化氮供體能在體內釋放出NO分子，而NO可以增強巨噬細胞對腫瘤細胞的毒性，抑制腫瘤細胞的增殖，抑制血管的生成和轉移并加速腫瘤細胞的凋亡。選用DCC/DMAP作為催化體系，將青蒿琥酯的側鏈羧基和5－單硝基異山梨醇的羥基成酯，反應方程式如圖6中路線b所示。

布洛芬和阿司匹林是典型的非甾體抗炎藥，近年來發現這類藥物還具有抗腫瘤作用，對多種腫瘤細胞都有抑制效果。以二氫青蒿素作為反應母核，將布洛芬和阿司匹林分子引入青蒿素的結構中，得到兩種青蒿素類拼合物，反應方程式如圖7中c和d所示。

采用MTT法考察青蒿素類拼合物1、2和3的體外抗腫瘤活性，三個新型青蒿素類拼合物對人Burkitt淋巴瘤細胞株 CA46、人 T淋巴細胞白血病細胞株Molt4和小鼠淋巴瘤細胞P388三種腫瘤細胞株均具有顯著的增殖抑制作用，除了化合物3對小鼠淋巴瘤細胞P388的抑制作用小于青蒿素和雙氫青蒿素外，其余化合物的抑制作用明顯優于青蒿素和雙氫青蒿素。

2.2.4 聚乙二醇對青蒿素的結構修飾

聚乙二醇(PEG)修飾技術是一種用于改進藥物體內藥動學性質的新方法。PEG化可在一定程度上改變藥物的性質，應用于增加藥物穩定性和溶解度、提高生物利用度、提高受體親和力、延長體內半衰期等。PEG對小分子藥物的修飾，可以把它的許多優良性質也隨之轉移到結合物中，使該聚合物具有優異的生物相容性，在體內能溶于組織液中，能被機體迅速排出體外而不產生任何毒副作用，因此在醫學上的應用受到了廣泛的重視［22－26］。

圖6 茄尼醇(a)和5－單硝酸異山梨醇(b)對青蒿琥酯的結構修飾

圖7 布洛芬和阿司匹林對二氫青蒿素的結構修飾

圖8 聚乙二醇對二氫青蒿素結構修飾

由于雙氫青蒿素較難溶于水且在水中易結晶的缺點，郭偉等［27］采用小分子量的聚乙二醇對雙氫青蒿素C10位羥基進行結構修飾(如圖8所示)，并對其結構進行了表征，但是修飾后化合物的活性未進行相關報道。

張建新等［28］以雙氫青蒿素為原料，采用低分子量的聚乙二醇對其進行結構修飾(如圖9所示)，得到一系列新的青蒿素衍生物，并對這些化合物進行了免疫抑制活性的篩選。通過對T細胞絲裂原伴刀豆蛋白和B細胞絲裂原誘導T細胞和B細胞增殖反應的測定，合成的大多數化合物都有體外免疫抑制活性。

雙取代的青蒿素醚類化合物活性高于單取代化合物的抑制活性，在1×10－6～1×10－7mol/L濃度時，抑制率可達80%～90%左右，顯著高于青蒿素和青蒿琥酯。

3 青蒿素非軛合物

Lombard MC 等［29－30］合成了兩種青蒿素 －4 － 氨基喹啉二聚體(如圖10所示)，并考察了這兩種化合物在小鼠體內對于文氏瘧原蟲是否有抗瘧作用。二聚體1在連續給藥(給藥劑量腹腔注射2.5mg/kg和口服50mg/kg)4天后，第5天進行檢測，瘧原蟲的量小于1%，而二聚體2腹腔注射7.5mg/kg和口服25mg/kg 4天后，第5天檢測也可以起到相同的作用。通過這兩種化合物的藥代動力學的研究發現，其抗瘧活性可能與這兩種化合物的活性代謝物有關。與抗腫瘤藥物依托泊甙相比，針對TK10、UACC62和MCF7細胞株，二聚體1表現出了更好的抗腫瘤活性。因此，二聚體1中的1，3－二氨基丙烷可以作為青蒿素分子間的最佳的間隔臂。

圖9 低分子量聚乙二醇對二氫青蒿素結構修飾

圖10 青蒿素－4－氨基喹啉二聚體結構式

由于青蒿素在臨床上產生的耐藥性，Held J等［31－32］合成了一系列的青蒿素衍生物，如圖11所示，并對以上化合物體外抗惡性瘧原蟲菌株的活性進行了考察，以上所有的化合物均具有較高的活性，IC50值小于13nM。該研究推動了青蒿素在抗瘧活性方面的應用。

郭彬通過前藥設計的原理［33］，選擇10－OH作為衍生位點，設計了以雙氫青蒿素為母環，4－羥基苯甲醇衍生物為配體的新化合物(CQMU－DHA－10)，如圖12所示，結構中含有一個碳酸酯及一個醚鍵，在體內可能通過生物水解和化學水解兩種途徑釋放出原藥雙氫青蒿素。經實驗驗證，得到的目標化合物具有良好的水溶性，且在兔體內代謝實驗表明其在兔體內釋放出原藥雙氫青蒿素而發揮抗瘧作用，但是并未對該化合物進行體內半衰期及生物利用度的研究，也未對化合物活性進行報道［34］。

圖11 青蒿素衍生物結構式

抗瘧藥青蒿素類衍生物的抗腫瘤和抗病毒活性已經有大量文獻進行了報道，Alba G.Blazquez等［35］合成了一系列青蒿素類衍生物(AD1－AD8，如圖13所示)，并通過肝癌、結腸癌和病毒性肝炎B和C體外模型對該類化合物的體外活性進行了評價。通過對化合物AD1－AD8在人體肝癌細胞HepG2和SK－HEP－1、結腸腺癌細胞LS174T在6h和72h的細胞存活率的評價，可以得出AD5具有較低的急性毒性和較高的抗細胞繁殖的活性(IC50=1～5μM)。但是，化合物的抗癌和抗病毒的藥理活性還需在動物體內進行進一步的評價。

圖12 4－羥基苯甲醇衍生物為配體的雙氫青蒿素衍生物

圖13 青蒿素衍生物AD1－AD8的化學結構式

Cloete等［36］合成了11種青蒿素的氨基乙醚類衍生物，并對它們的的抗瘧活性進行了考察，活性最高的化合物為向青蒿素分子中引入短鏈芳基衍生物，僅含有一個氮原子(如圖14所示，IC50=1.44nM)，而長鏈的多胺衍生物的活性較低。

圖14 向青蒿素分子中引入短鏈芳基衍生物的化學反應式

Wang等［37］合成一種新的水溶性青蒿素衍生物SM905(結構式如圖15所示)，SM905在體內和體外均具有較好的免疫活性，并且可以抑制 T細胞的活性。

圖15 青蒿素衍生物SM905的化學結構式

Yang等［38］以雙氫青蒿素為母核，合成了一系列雙氫青蒿素芐基醚類化合物(如圖16所示)，并以青蒿素、蒿甲醚和青蒿琥酯作為對照藥，考察了這一系列化合物在鼠脾細胞上的細胞毒性、ConA引起的T細胞增殖或者LPS引起的B細胞增殖的抑制活性。在這些雙氫青蒿素衍生物中，部分化合物對于ConA引起的T細胞增殖的抑制活性是青蒿素的5～9倍，抑制LPS引起的B細胞增殖活性是青蒿素的30～88倍。但是該類化合物的細胞毒性比青蒿素的要高。

圖16 雙氫青蒿素芐基醚類化合物結構式

4 前景及展望

目前，青蒿素結構修飾的目的之一是合成出一種能夠解決青蒿素水溶性差、復燃率高等缺點并保留其抗瘧活性的全新結構的修飾物，另一個目的是針對青蒿素其他藥理活性進行修飾。在對青蒿素衍生物進行的生理活性的研究中發現，青蒿素衍生物除抗瘧活性外，還具有抗腫瘤、抗吸血蟲和提高免疫力等活性。近年來，青蒿素及其衍生物以其獨特的抗腫瘤作用機制和高效、低毒的抗腫瘤活性引起了廣泛的關注。高分子載體對抗腫瘤藥物的修飾更是研究的熱點。結合本實驗室的研究工作，通過采用高分子量聚乙二醇(mPEG)，以不同的氨基酸作為間隔臂，對雙氫青蒿素進行結構修飾，與原藥雙氫青蒿素相比，得到的化合物在體外抗腫瘤活性方面具有不同程度的改善。以聚乙二醇作為載體的藥物修飾技術，可以克服藥物本身的一些缺點，達到靶向緩控釋的效果，但是目前的研究只是淺嘗輒止，對該方向的深入的研究對青蒿素的臨床應用和綜合利用有著重要的意義。

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