青蒿素藥理功能研究進展

解舉民，劉雅然，陳夢迪，童欣雨，黃雨田，毛輝

(1.湖北理工學院醫學院，湖北 黃石 435003；2.湖北理工學院醫學院腎臟疾病發生與干預湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435003；3.黃石市中心醫院，湖北 黃石 435000)

青蒿素(Artemisinin,ART)是一種提取自黃花蒿的倍半萜三惡烷內酯類抗瘧疾藥物，屠呦呦于20世紀70年代在中國首次從黃花蒿中分離、提取青蒿素并進行抗瘧實驗[1]。青蒿素在瘧原蟲胞質中通過氧化活性黃素酶的二氫黃素輔因子、有氧條件下誘發分子自氧化、擾亂氧化還原狀態、產生活性氧等方式達到抗瘧效果，反之，寄生蟲對青蒿素的抗性是通過增強細胞抗氧化防御機制實現的，青蒿素及其衍生物，見圖1，對亞鐵血紅素的烷基化能力與其抗瘧功效密切相關[2]。銀杏葉提取物(ginkgo biloba extract,GBE)是治療心血管疾病的藥物之一，青蒿素-GBE聯合療法(Artemisinin-Ginkgo biloba extract combination therapy,AGCT)通過降低感染率、改善血液微循環、調節免疫系統等途徑治療約氏瘧原蟲，達到顯著的抗瘧效果[3]。

圖1 青蒿素及其衍生物

青蒿素及其衍生物在細胞中的主要藥理機制包括產生活性氧、抑制細胞周期、誘導細胞凋亡、抑制血管生成等[4]。本文通過大量文獻閱讀重點討論青蒿素的藥理作用，為青蒿素及其衍生物的臨床應用及疾病治療提供一定參考與指導。

1 青蒿素的藥理作用

1.1 抗瘧疾

東晉葛洪在《肘后備急方》中對瘧疾治療注：“青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之。”屠呦呦藉此靈感，通過多年數次試驗，最終成功從青蒿中分離、提純青蒿素并將其用于瘧疾治療[1]。青蒿素是當前瘧疾治療中應用最廣泛、最有效的藥物，在世界各地的瘧疾治療中起著至關重要的作用，青蒿素的抗瘧機制包括分解分子結構中的內過氧化物鍵、形成自由基、產生活性氧，介導瘧原蟲死亡[5]。

抗瘧試驗表明，青蒿素與亞鐵血紅素的反應效率要高于其與亞鐵離子(Fe2+)，血紅蛋白(Hb)和氧合血紅蛋白(HbO2) 的反應效率，證明亞鐵血紅素是青蒿素的關鍵激活劑[6]。然而，青蒿素在體內的半衰期較短，為增強其清除寄生蟲的能力，青蒿素常與半衰期長的藥物搭配使用，稱青蒿素聯合療法(artemisinin-based combination therapies,ACT)[7]。近年來，隨著青蒿素耐藥性逐漸增強，羅布等[8]開展了青蒿素三聯療法(triple artemisinin-based combination therapies, TACT)，將現有的青蒿素聯合療法與另一種藥物聯合使用，實驗證實了蒿甲醚-本芴醇加阿莫地喹和雙氫青蒿素-哌喹加甲氟喹是耐受性好、安全有效的TACTs。

1.2 抗腫瘤

美國癌癥研究所分析了青蒿素對55種癌細胞的抗癌活性，青蒿素主要通過阻滯細胞周期來抑制腫瘤細胞增殖、抗腫瘤血管生成、誘導腫瘤細胞凋亡等機制抗腫瘤，其中青蒿素對白血病和結腸癌細胞治療效果最好，平均GI50值分別為(1.11±0.56)μmol/L和(2.13±0.74)μmol/L[9]。

青蒿琥酯在肝癌細胞Huh-7和Hep3B中誘導ROS依賴性細胞凋亡[10]。在耐藥性乳腺癌細胞實驗中發現，青蒿素具有較強的選擇性和抗癌作用，不僅可以誘導細胞凋亡和自噬，還可以阻滯細胞周期抑制腫瘤細胞增殖[11]。有研究證明青蒿琥酯可以通過增強DNA損傷，抑制線粒體呼吸作用和ATP的產生，阻滯G0/G1細胞周期，來有效抑制順鉑耐藥膀胱癌細胞的生長和增殖[12]。腫瘤細胞生長和快速增殖依靠血管提供營養，青蒿素可以抑制血管生成，增加細胞內活性氧含量，進而導致缺氧誘導因子和血管內皮生長因子表達下調，青蒿琥酯濃度在0.5～50 μmol/L時，通過降低腫瘤細胞VEGF和KDR/flk-1的表達，顯著抑制血管生成[13]。

1.3 治療心血管疾病

青蒿素及其衍生物具有明顯的心血管保護作用，如抗心律失常、抗心肌缺血、抗動脈粥樣硬化、穩定斑塊等作用[14]。王鳳月等[14]將青蒿素連續14 d灌胃大鼠，之后做成缺血-再灌注(I/R)損傷大鼠模型，利用超聲心動圖、HE和TTC染色、TUNEL和Western blot等實驗方法證實NLRP3炎癥小體通路的激活參與了心肌I/R損傷，而青蒿素可以抑制NLRP3炎癥小體的激活，阻止心肌I/R損傷。

杜紅嬌等[15]使用青蒿素治療8周齡雄性ApoE-/-小鼠8周，結果發現ApoE-/-小鼠經過青蒿素治療后，斑塊面積明顯減少，收縮表型標志物的表達增加，該結果證明青蒿素可以抑制動脈粥樣硬化的發展。青蒿素及其衍生物是一種潛在的治療動脈粥樣硬化的新型藥物。

1.4 治療白血病

青蒿琥酯(Artemisunate,ARS/ART)是青蒿素的衍生物，與硼替佐米(bortezomib,BTZ)聯用可以較好地抑制急性髓性白血病細胞的增殖[16]。研究發現，青蒿琥酯處理的單核細胞與白血病細胞接觸時，促使白血病細胞凋亡，表明青蒿琥酯使單核細胞獲得了殺死白血病細胞的能力[17]。成人T細胞白血病/淋巴瘤(adult T-cell leukemia/lymphoma,ATLL)由人類T細胞白血病1型病毒(human T-cell leukemia virus type 1,HTLV-1)感染引起，HTLV-1感染的T細胞對青蒿琥酯誘導的細胞毒性更敏感，青蒿琥酯誘導的凋亡與caspase-8/9/3的激活相對應，Bcl-xL、Bcl-2、等蛋白表達降低，同時青蒿琥酯增加了細胞內活性氧和DNA損傷標志物γ-H2AX的激活[18]。雙氫青蒿素(dihydroartemisinin,DHA)也是一種青蒿素衍生物，研究發現，DHA通過抑制PTEN/AKT通路誘導急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia,AML)細胞凋亡[19]。

1.5 抗菌

青蒿素及其衍生物對諸多口腔細菌具有良好的抑菌能力，其功能包括直接抑菌、間接抗菌增效及介導的炎癥反應，作用機制為改變細胞膜通透性、影響細胞呼吸、促進其他抗菌藥物的胞內積聚、降低蛋白酶和磷脂酶活性、降低麥角固醇含量、提高自噬相關蛋白表達及胞內活性氧含量等[20]。

1.6 抗炎

炎癥是具有血管系統的活體組織對各種損傷因子的刺激所發生的以防御反應為主的動態病理過程，炎癥介質是介導急性炎癥發展過程中血管反應和白細胞反應發展的主要物質[21]。Yuan等[22]使用青蒿素治療酒渣鼻小鼠模型，發現青蒿素通過減少病變小鼠體內CD4+T細胞、巨噬細胞和中性粒細胞的浸潤，降低IL-1B、IL-6和TNF-α的表達，以及抑制血管生成等方式減弱酒渣鼻的病理表現。Huai等[23]發現青蒿素可通過下調促炎因子的表達，促進巨噬細胞向M2表型極化，抑制間充質細胞轉分化過程來改善體內腸道炎癥。Zhong等[24]發現青蒿素可通過抑制白細胞介素IL-1B、IL-6、腫瘤壞死因子α、基質金屬肽酶-13等促炎趨化因子和細胞因子的表達，抑制Wnt/beta-catenin信號通路，緩解IL-1B介導的骨關節炎。Wan等[25]發現青蒿琥酯通過下調TLR4/NF-κB信號通路抑制小鼠腎炎。Gao等[26]發現二氫青蒿素通過抑制PI3K/AKT通路改善脂多糖誘導的神經炎癥。青蒿素及其衍生物可參與多種炎癥信號通路及對炎癥介質表達進行調控從而達到抗炎的作用。

1.7 治療神經系統疾病

青蒿素及其衍生物雙氫青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、青蒿素B等已被證明有緩解中樞神經系統炎癥反應的功能[27]。青蒿琥酯可以通過血腦屏障使腦脊液含量減少，降低顱內壓，在一定程度上用于治療創傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)[28]。Jiang等[29]用小鼠腦瘧疾(experimental cerebral malaria，ECM)模型研究青蒿琥酯和川芎嗪的聯合用藥，發現這種組合可以減少微血管堵塞并改善神經功能，從而提高存活率，并減輕實驗性腦瘧疾的病理變化，作用機制可能為增加腦血流量、神經生長因子和神經營養因子水平，減輕海馬神經元損傷等。

1.8 其他藥理作用

1.8.1 治療阿爾茨海默氏病

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一種中樞神經系統疾病，特征為進行性認知功能障礙和記憶力減退，Qiang 等[30]利用阿爾茨海默病小鼠模型探究青蒿素B的抗神經炎癥作用，對癡呆小鼠進行水迷宮和避暗實驗，發現青蒿素B改善了癡呆小鼠的空間記憶并改變了海馬、皮層的病理特征和炎癥細胞因子的水平，并且青蒿素B顯著降低炎癥細胞因子IL-1β、IL-6和 TNF-α的表達。同時青蒿素B可能通過調節TLR4-MyD88-NF-κB信號通路抑制神經炎癥并對認知功能發揮神經保護作用。

1.8.2 抗纖維化

青蒿素可以通過調控TGF-β、MAPK、Wnt/β-catenin、PI3K/AKT/mTRO、FRX 和 Notch 信號通路以及細胞自噬等途徑影響纖維化過程[31]。Kong等[32]研究青蒿琥酯對CCl4誘導的小鼠肝臟纖維化的影響，闡明了青蒿琥酯通過調節鐵蛋白吞噬介導的肝星狀細胞(HSCs)鐵下垂來減輕肝臟纖維化。Zhang等[33]在腎纖維化小鼠模型術后連續14d給雄性C57BL/6小鼠灌胃二氫青蒿素，發現二氫青蒿素減輕了UUO誘導的腎纖維化程度。

1.8.3 調節骨質疏松

青蒿琥酯(Artemisinin,ART)可以通過NF-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κ B ligand, RANKL)誘導的p65蛋白的激活和IκB(inhibitor of NF-κB)的降解來抑制破骨細胞的分化，調控破骨細胞的活性，治療破骨細胞異常導致的疾病[34]。Hu等[35]發現40 μM的青蒿素可以顯著逆轉由缺氧(5% O2) 或炎癥(20 ng/mL TNF-α)引起細胞生長抑制，降低細胞凋亡率，抑制了促凋亡蛋白的表達，恢復牙髓干細胞(dental pulp stem cells,DPSCs)的骨質分化。

1.8.4 治療新冠肺炎

SARS-Cov-2是導致2019年新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)的病原體[36-37]。Gendrot等[38]在Vero E6細胞中分離了SARS-CoV-2毒株(IHUMI-3)并評估了青蒿琥酯的抗病毒活性，在感染前4 h向毒株中加入青蒿琥酯復合藥物，感染48 h后檢測病毒復制情況，發現甲氟喹-青蒿琥酯在常用的瘧疾治療劑量下表現出最高的抗病毒活性，在最大血液濃度(Cmax)下的抑制率達(72.1±18.3)%，青蒿琥酯可作為治療COVID-19的一種潛在藥物。Cao等[39]建立了藥代動力學模型來預測所選青蒿素及其衍生物對 COVID-19的治療潛力，發現青蒿素B顯示出最高的抗SARS-CoV-2潛力，最大半數效應濃度(concentration for 50% of maximal effect,EC50)為(10.28 ± 1.12)μmol/L。青蒿琥酯和二氫青蒿素顯示出相似的EC50值，分別為(12.98±5.30)μmol/L和(13.31±1.24)μmol/L，研究結果為抗SARS-CoV-2藥物研發提供了重要潛在藥物。

2 討論與展望

青蒿素是我國科學家屠呦呦首次從黃花蒿中分離得到的具有內過氧化物橋的倍半萜化合物，是世衛組織公認的治療瘧疾的首選藥物，在全球范圍內已經挽救了數百萬人的生命[40]。青蒿素及其衍生物除在瘧疾治療方面有著至關重要的作用外，還具有抗腫瘤、治療心血管疾病、治療白血病、抗菌、抗病毒、抗炎、治療神經系統疾病等藥理作用[41-45]。此外，研究發現青蒿素及其衍生物在治療阿爾茨海默病、抗纖維化和調節骨質疏松等方面也有重要作用。同時研究證明青蒿素及其衍生物與其他藥物聯合使用具有抑制新冠病毒感染及抗SARS-CoV-2潛力，可以作為治療新冠肺炎的重要藥物[46]。

青蒿素自被發現以來一直是藥物研究中的熱點，因為其具有諸多的藥理功能可以用于多種疾病的預防與治療，但是其藥理功能背后的分子機制多數未明確，仍然需要大量的基礎研究來揭開這一些難題。