作者：罗丹 刘伟光 杨亚明
来源：《中国医学创新》2014年第09期
【摘要】 青蒿素作为重要的抗疟药物，因其抗疟作用效率高、速度快、毒性低并且与大部分其他类别的抗疟药无交叉抗性等优点，成为目前全球抗疟的主要药物，虽然在泰柬边境地区已出现了青蒿素耐药性，但就目前全球各地使用青蒿素及其衍生物为基础的联合疗法（ACT）疗效来看仍能达到90%以上，因此必须对刚刚出现的青蒿素耐药性现象迅速采取遏制行动。本文主要通过描述青蒿素的抗疟机制，讨论其耐药性机制，以及对青蒿素的发展前景作一综述。
【关键词】 青蒿素； 抗疟药； 作用机制； 耐药性机制
疟疾（Malaria）是经按蚊叮咬感染疟原虫（plasmodium，spp）所引起的虫媒传染病，不同的疟原虫可分别引起间日疟、三日疟、恶性疟及卵圆疟。恶性疟原虫是东南亚和非洲流行疟疾的主要病原体，是造成患者死亡的主要杀手，本病主要表现为周期性规律发作，全身发冷、发热、多汗，长期多次发作后，可引起贫血和脾肿大等危害人体健康。由于在热带及亚热带地区常年温热潮湿，一年四季都可以发病，并且容易流行，因此有效的防治疟疾十分重要，不仅可以保护人民身体健康和生命安全，还可以为全球根除疟疾奠定基础。
青蒿素（artemisinin）是我国科研人员1972年首次从一种菊科植物黄花蒿（Artemisia annua L.）叶中提取分离得到的有过氧基团的倍半萜内酯药物。由于青蒿素结构特殊，具有抗疟作用效率高、速度快、毒性低并且与大部分其他类别的抗疟药无交叉抗性等优点，逐渐成为世界卫生组织推荐的新的抗疟疾药物，是抗疟药史上的又一重大突破，并且为抗疟药的研究与发展奠定了新的基础。WHO已经将青蒿素类药物的7 d疗程给药方案作为治疗恶性疟疾和体内敏感测定的标准方案[1-2]。本文根据文献报道，对全球近年来有关于青蒿素类药物及其衍生物的抗疟作用的机制、耐药性的产生及该药的发展前景作一综述。
1 抗疟作用的机制
1.1 自由基的抗疟作用 青蒿素类药物属于含有过氧桥的倍半萜内酯类新型抗疟药，对各种疟原虫有效。各国学者通过对青蒿素类药物作用机制的广泛深入研究，发现如果改变了青蒿素过氧基团这一结构，其抗疟的作用消失，因此普遍认为过氧基团这一结构是该类化合物抗疟作用的重要组成部分[3-5]。且迄今研究也认为，自由基与青蒿素类药物抗疟活性之间也有着重要的关系，亚铁血红素或其他生物大分子络合的亚铁，在药物活化过程中起到了关键作用，经研究发现青蒿素类化合物抗疟作用属于氧化性机制，可以分为两个过程，即青蒿素经活化后产生自由基，继而氧化性自由基与疟原虫蛋白络合形成共价键，使疟原虫蛋白失去功能，从而导致虫体的死亡[6-10]。因为还原分解过氧桥形成自由基时需要金属离子的帮助，因此现普遍认为亚铁离子（Fe2+）与自由基产生有关，体内Fe2+的来源一是亚铁血红素，二是游离Fe2+[11-12]。首先过氧桥被催化断裂后产生氧自由基，后由产生的氧自由基经过分子重排转化为以青蒿素碳原子为中心的自由基和活性氧，虽然这两种自由基都对疟原虫的细胞结构和功能具有损伤作用，但由于青蒿素转化为碳自由基后活性更强，碳自由基发挥其烷基化的作用，使疟蛋白烷基化，因此现认为青蒿素通过碳自由基起活性作用的可能性更大[13-15]。
1.2 青蒿素对红内期疟原虫有直接杀灭作用 体外实验中发现，Fe2+不存在时，青蒿素类药物同样具有选择性的高效抗疟疾作用。Pandey等[16]在抑制Fe2+的活性的条件下对青蒿素类药物的抗疟活性进行了检测，结果发现Fe2+不存在时青蒿素类药物的抗疟作用效果没有发生明显变化，故认为青蒿素类药物杀灭红内期疟原虫的作用机制可能并不需要Fe2+。青蒿素选择性杀灭处于红内期的疟原虫主要原理是影响其超微结构，青蒿素的作用位点位于疟原虫的膜系结构，起到影响表膜-线粒体的功能，阻断宿主红细胞为其提供的营养，从而达到抗疟的目的。青蒿素对疟原虫配子体具有杀灭作用，青蒿素类药物能够快速杀灭疟原虫早期配子体，抑制各时期配子体，并对未成熟配子体起到中断其发育过程的作用。该类药物对配子体的杀灭有利于控制疟疾流行[17]。
1.3 抑制PfATP6酶的抗疟作用 恶性疟原虫钙ATP蛋白6（Plasmodium falciparumcalcium ATPase 6，PfATP6）是青蒿素及其衍生物作用靶点之一，许多学者认为青蒿素可能通过作用于疟原虫的PfATP6酶而发挥抗疟作用。PfATP6是恶性疟原虫基因组中唯一一类肌浆网/内质网钙ATP酶（sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase，SERCA），它通过消耗ATP来调节疟原虫胞浆内钙离子浓度，保持钙浓度的内稳状态[18]。青蒿素及其衍生物对PfATP6具有强大且特异的抑制效果，通过抑制PfATP6，从而引发疟原虫胞浆内Ca2+水平升高，细胞也随之凋亡，从而起到抗疟作用[19-20]。徐进等[21]模拟出PfATP6酶的空间结构，并进一步证明青蒿素与PfATP酶结合在空间结构上是可能的。Eckstein-Ludwig等[22]也通过荧光实验证明，青蒿素在不影响其他正常细胞Ca2+排出的情况下，通过阻断疟原虫所在细胞PfATP6酶的活动，引起细胞死亡，从而达到治疗疟疾的目的。
2 耐药性产生机制
青蒿素及其衍生物作为高效速效的抗疟药，被大量、广泛、连续应用于临床，致使恶性疟原虫对青蒿素的抗药性正在快速产生，由于青蒿素类药物有效血药浓度的时间较短，当用药不规范，如疗程（一般7 d）不足时，杀灭疟原虫不彻底，造成较高的治疗疟疾复发率[23-24]。长期处于较低药物压力下，循环往复，最终可导致青蒿素耐药性产生。这在实验室和现场研究中都得到了验证。实验室培育的约氏疟原虫和体外选育的恶性疟原虫对青蒿素及其衍生物产生抗性较为缓慢且不稳定，以及对其抗性指数不高，如果去除药物压力，耐药株就会恢复敏感性[25]。因此可以认为疟原虫对青蒿素及其衍生物产生耐药性是在药物压力下相应基因表达发生改变，从而导致作用靶点蛋白表达量改变的结果。
通过遗传学研究证实，电子传递链具有激活青蒿素的作用，青蒿素抗性的产生是通过电子传递链之间相互作用导致电势下降从而抑制了线粒体的功能，并且产生的自由基进一步破坏了线粒体，编码线粒体NADH脱氢酶NDE1或NDI1的缺失会导致对青蒿素类产生抗性，反之过度表达则可以增加敏感性，因此电子传递的变化或环境因素的影响也可改变宿主对青蒿素的敏感性[26]。
翻译控制肿瘤蛋白（TCTP）可能是青蒿素类药物抗疟作用的靶点之一[9]。Walker等[27]在约氏疟原虫耐青蒿素虫株中，未发现敏感株与抗性株TCTP基因序列有差异，但是抗性株TCTP蛋白表达量高于敏感株2.5倍。因此由于TCTP过度表达而产生的耐药性可能与青蒿素类药物的作用机制有关[28]。
Krishna等[29]从恶性疟患者体内分离出的虫株对蒿甲醚的IC50值有所升高。通过测序发现PfATP6的第769位的丝氨酸突变为天冬酰胺（S769N），通过PfATP6基因序列的置换突变出现耐药现象。
大量研究显示，疟原虫的某些遗传突变对青蒿素及其衍生物的体外敏感性也有影响。如恶性疟原虫多药抗性基因（Plasmodium falciparum multi-drug resistance gene sequence，简称pfmdr1）、恶性疟原虫氯喹抗性性转运蛋白（Plasmodium falciparum chloroquine resistant transporter，简称pfcrt）的基因序列与耐药性的产生密切相关，因此pfmdr1基因发生突变以及pfcrt基因的拷贝数增加都可能会导致膜转运蛋白的改变，从而使药物外排增多，使其无法实施有效的抗疟作用而产生耐药性[30-31]。
Witkowski等[32]2010年提出了一个全新的理论假说：恶性疟原虫对青蒿素及其衍生物药物压力的反应是在环状体期形成细胞周期静止/阻滞现象：经过青蒿素培育的耐受株F32-ART能够在初始药物浓度7 000倍的药压下逃生，且未发现有上述基因突变或者高表达。这也正好解释临床治疗中青蒿素疗程不足时易高复燃的现象。
3 结语
青蒿素的发现和应用解决了过去传统抗疟药物产生耐药性的问题，但作为一种现在普遍使用的抗虐药物，也面临着产生耐药性的危险，在泰柬边境地区已出现了青蒿素耐药性的现象，并且体外药物敏感性监测检测时也发现恶性疟原虫野外分离株的敏感性有降低的现象[33-34]。而且在中国的云南、海南等疟疾高发并应用青蒿素类抗疟药较久的地区，恶性疟原虫的敏感性呈缓慢下降的趋势[35]，因此查找并确定青蒿素类药物耐药性的产生机制对防治疟疾具有重要意义。由于尚无法明确其耐药机制，为防止青蒿素类抗疟药产生的大规模耐药性，目前针对遏制青蒿素类药物产生抗性的对策是联合用药，现有的复方制剂主要为青蒿素或其衍生物与其他抗疟药物联合用药，如氯喹、萘酚喹、哌喹、甲氟喹等，这种联合用药的治疗方法也可达到延缓耐药性的产生，但要想完全控制其产生耐药性还需要更进一步的研究。
参考文献
[1] Noedl H，Se Y，Schaecher K，et al.Evidence of artemisinin-resistant malaria in western Cambodia[J].N Engl J Med，2008，359（24）：2619-2620.
[2]谭涛，秦宗会，谭蓉.青蒿素类药物的药理作用研究进展[J].中国药业，2009，18（3）：63-.
[3] Yang H，Yang Y，Yang P，et al.Monitoring plasmodium falciparum chloroquine resistance in Yunnan Province，China，1981–2006[J].Acta Tropica，2008，108（1）：44-49.
[4] Wang J Y.Antimalarial mechanism of Qinghaosu and itsderivatives[J].Chin Tradit Herb Drugs，1994（25）：152-155.
[5] Chen Y，Zhu S M，Chen H Y.The progress in qinghaosu and its derivative as antimalaria s[J].Acta Pharm Sin，1998（33）：234-239.
[6] Kapetanaki S，Varotsis C.Ferryl-oxo heme intermediate in the antimalarial mode of action of artemisinin[J].FEBS Lett，2000，474（2）：238-241.
[7] Macreadie I，Ginsburg H，Sirawaraporn W，et al.Antimalarial drug development and new targets[J].Parasitol Today，2000，16（10）：438-444.
[8] Olliaro P L，Haynes R K，Meunier B，et al.Possible modes of action of the artemisinin-type compounds[J].Trends Parasitol，2001，17（3）：122-126.
[9] Meshnick S R.Artemisinin：mechanisms of action，resistance and toxicity[J].Int J Parasitol，2002，32（13）：1655-1660.
[10]王安平，高琪，顾亚萍，等.用pfcrt点突变基因检测技术检测恶性疟原虫氯喹抗药性的初步研究[J].中国血吸虫病防治杂志，2005，17（2）：120-123.
[11]翟自立，肖树华.青蒿素类抗疟药的作用机制[J].中国寄生虫学与寄生虫病杂志，2001，19（3）：182-185.
[12] Krishna S，Bustamante L，Haynes R K，et al.Artemisinins：their growing importance in medicine[J].Trends Pharmacol Sci，2008，29（10）：520-527.
[13]李国栋.青蒿素类药物的研究现状[J].中国药学杂志，1998，33（7）：385-3.
[14] Taranto A G，de M Carneiro J W，de Oliveira F G，et al.The role of C-centered radicals on the mechanism of action of artemisinin[J].Journal of Molecular Structure：THEOCHEM，2002，580（1）：207-215.
[15] Selmeczi K，Robert A，Claparols C，et al.Alkylation of human hemoglobin A0 by the antimalarial drug artemisinin[J].FEBS lett，2004，556（1）：245-248.
[16] Pandey A V，Tekwani B L，Singh R L，et al.Artemisinin，an endoperoxide antimalarial，disrupts the hemoglobin catabolism and heme detoxification systems in malarial parasite[J].The Journal of Biological Chemistry，1999，274（27）：19383-19388.
[17]郑全芳，杨志刚，孙红祥，等.青蒿素及其衍生物药理作用研究进展[J].中国兽药杂志，2006，40（1）：40-44.
[18] Tanabe K，Zakeri S，Palacpac N M Q，et al.Spontaneous mutations in the Plasmodium falciparum sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase （PfATP6） gene among geographically widespread parasite populations unexposed to artemisinin-based combination therapies[J].Antimicrob Agents Chemother，2011，55（1）：94-100.
[19]孙辰，李坚，周兵.青蒿素类药物的作用机制：一个长久未决的基础研究挑战[J].中国科学：生命科学，2012，42（5）：345-354.
[20] Afonso A，Hunt P，Cheesman S，et al.Malaria parasites can develop stable resistance to artemisinin but lack mutations in candidate genes atp6 （encoding the sarcoplasmic and endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase），tctp，mdr1，and cg10[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy，2006，50（2）：480-4.
[21]徐进，郑莹.青蒿素类药物作用机制的探讨[J].药学进展，2002，26（5）：274-278.
[22] Eckstein-Ludwig U，Webb R J，Van Goethem I D A，et al.Artemisinins target the SERCA of plasmodium falciparum[J].Nature，2003，424（6951）：957-961.
[23] Teuscher F，Gatton M L，Chen N，et al.Artemisinin-induced dormancy in Plasmodium falciparum：duration，recovery rates，and implications in treatment failure[J].Infect Dis，2010，202（9）：1362-1368.
[24]杨亚明，李雪平，张苍林，等.云南省抗氯喹恶性疟原虫双氢青蒿素抗性株体外培育与单克隆品系的建立[J].中国病原生物学杂志，2013，8（8）：714-717.
[25]剌德全，荆瑞君，张春勇，等.我国恶性疟原虫对抗疟药敏感性的现状[J].中国寄生虫学与寄生虫病杂志，1996，14（1）：37.
[26] Li W，Mo W，Shen D，et al.Yeast model uncovers dual roles of mitochondria in the action of artemisinin[J].PLoS Genet，2005，1（3）：36.
[27] Walker D J，Pitsch J L，Peng M M，et al.Mechanisms of artemisinin resistance in the rodent malaria pathogen Plasmodium yoelii[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy，2000，44（2）：344-347.
[28]杨恒林，高白荷.恶性疟原虫FCC1/HN株对青蒿琥酯，咯萘啶等药的体外敏感性[J].中国寄生虫学与寄生虫病杂志，2002，20（2）：118.
[29] Krishna S，Woodrow C J，Staines H M，et al.Re-evaluation of how artemisinins work in light of emerging evidence of in vitro resistance[J].Trends in Molecular Medicine，2006，12（5）：200-205.
[30] Jung M，Kim H，Nam K Y，et al.Three-dimensional structure of Plasmodium falciparum Ca2+-ATPase （PfATP6） and docking of artemisinin derivatives to PfATP6[J].Bioorg Med Chem Lett，2005，15（12）：2994-2997.
[31] Reed M B，Saliba K J，Caruana S R，et al.Pgh1 modulates sensitivity and resistance to multiple antimalarials in plasmodium falciparum[J].Nature，2000，403（6772）：906-909.
[32] Witkowski B，Lelièvre J，Barragán M J L，et al.Increased tolerance to artemisinin in plasmodium falciparum is mediated by a quiescence mechanism[J].Antimicrob Agents Chemother，2010，54（5）：1872-1877.
[33]杨恒林.东南亚某些地区恶性疟原虫对青蒿素类药物的敏感性监测与临床研究[J].中国寄生虫病防治杂志，1997，10（1）：55-57.
[34]杨恒林，刘德全，黄开国.云南省恶性疟原虫对青蒿素类药物及云南省恶性疟原虫对青蒿素类药物及咯萘啶与氯喹敏感性的体外测定[J].中国寄生虫学与寄生虫病杂志，1997，15（5）：292-296.
[35]杨恒林，李春富，杨亚明，等.云南东南部地区恶性疟原虫对氯喹敏感性纵向观察[J].中国病原生物学杂志，2009，3（12）：917-919.
（收稿日期：2014-01-14） （本文编辑：欧丽）下载本文
