科学之光 | 屠呦呦：撷本草精华　萃济世青蒿

       1971 年 10 月 4 日，中国中医科学院中药研究所的一间实验室里，屠呦呦课题组正在忙碌地进行着第 191 号青蒿乙醚中性提取物样本的抗疟实验。一双双眼睛都在紧张地盯着检测结果，当观察到这种提取物对小鼠疟原虫的抑制率达到 100% 时，整个实验室都沸腾了！在经历成百上千次挫折甚至失败后，激动人心的一刻终于到来！实验的突破给大家带来了希望，人类在征服疟疾的进程中迈出了重要一步。

      屠呦呦创建的低温提取方法，成为发现青蒿素的关键。而在随后的半个世纪里，屠呦呦一心专注于青蒿素研究，默默地护佑着人类的生命健康。

临危受命，寻找青蒿素

       疟疾是一种古老而可怕的疾病。千百年来，人类一直在寻求战胜疟疾的方法和武器，并陆续发现了奎宁、氯喹等药物来治疗疟疾。20 世纪60 年代以来，由于引发疟疾的疟原虫对传统抗疟药物产生了抗药性，疟疾再次肆虐东南亚，甚至一度成为当时越南战争中的无形杀手。那时候，我国南方地区也饱受疟疾折磨。为解决疟疾问题，一个代号为“523”的全国性疟疾防治药物研究项目于 1967 年秘密启动了。一时间，全国 60 多个单位的 500 余名科研人员投入抗疟研究，筛选了近万种化合物和中草药，却没有什么重要发现。

       1969 年 1 月，中医研究院接到参与“523”项目的要求，随即安排屠呦呦参与抗疟中药研究。屠呦呦毕业于北京大学医学院药学系，曾脱产两年半参加“西医学习中医班”，后致力于从植物中提取有效化学成分的研究。由于其兼具中西医科研背景，屠呦呦以课题组组长的身份加入“523”项目。

       寻找新型抗疟药物是一个世界难题。屠呦呦该如何寻找新药呢？当时中草药已有几千种之多，再加上不同的产地、不同的品种、不同的配伍、不同的炮制方式，倘若通过漫无目的地随机筛选来寻找抗疟药物，无异于大海捞针。不过，经验包含着珍贵的学问，中医药研究更是承载着人类同疾病做斗争的丰富经验。既然疟疾古来有之，历代医书必然有所记录。于是，屠呦呦首先从本草、民间方药研究入手，在查阅了上百本中草药古籍后，她从 2000 多个方药中选择了 640 个可能治疗疟疾的方药，于 1969年 4 月整理编写成《疟疾单秘验方集》。

       接着，屠呦呦课题组开始了第一轮药物筛选实验。常山是医书里常见的治疟药，但却有恶心、致呕等毒副反应。于是她就重点研究中药配伍以减轻常山的不良反应，不过动物药理实验却总是无效。常山不行，她又以胡椒、青蒿等为对象，制备水提物、乙醇提物进行实验，结果显示，胡椒提取物对鼠疟模型疟原虫的抑制效果最好。屠呦呦和同事们便于 1969 年

7 月赴海南疟疾疫区进行临床试验，却发现胡椒提取物只能改善症状而无法消灭疟原虫。

       怎么才能消灭疟原虫呢？课题组继续对胡椒进行深入研究，先后制备了 120 余个提取物和混合物样本进行测定，然而实验结果并不理想。胡椒行不通，那么就筛选其他中药。到 1971 年 9 月初，课题组已经制备了100 余种中药的水提物和乙醇提物样本 200 余个，结果依然令人沮丧。

       研究陷入了僵局。经过数百次失败，屠呦呦也有些怀疑自己的路子是不是走对了，但是她不想就此放弃。实验失败可能有两种原因：要么医书记载不可信，实验一开始的方向就不对；要么实验方案不合理，某些因素影响了实验结果。可是，水煎煮或乙醇提取方案已经很成熟了，似乎不太可能有问题。那么，医书中会不会有什么被忽略的重要细节呢？

       “重新埋下头去，看医书！”这天，屠呦呦正在阅读东晋葛洪的《肘后备急方》，“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”。她突然眼前一亮，联想到既往采用的提取方法，无论是水煎煮或乙醇提取，其共同点都是温度比较高，而“绞取汁”应该是在常温下进行的，难道温度是影响青蒿抗疟疗效的一个关键？

       屠呦呦重新设计了低温提取方案，对既往筛选过的重点药物及几十种新增药物，夜以继日地进行各种实验。经过艰难的一个月，经过数百次的试错，10 月 4 日这天，屠呦呦得到 191 号青蒿乙醚中性提取物，一个黑色的膏状提取物。

       接下来的疗效实验中奇迹出现了。191 号提取物使疟原虫全部消失了！

       青蒿抗疟有效成分就蕴藏在这黑色的膏状提取物中！

       屠呦呦和同事们充满了欣慰，“灵感，是由于顽强的劳动而获得的奖赏”。

屠呦呦荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖

百折不挠，发现青蒿素

       课题组随即对样本开展药物临床前研究，却发现个别动物存在疑似毒副反应。在药物安全性没有确认之前，并不能用于临床研究。但是疟疾这种传染病具有季节性，一旦错过当年的临床观察季节，就要再等一年。屠呦呦心里很着急，而且青蒿在古籍记载中毒性不强、大多数动物实验也没有问题，她实在不想因为这个“疑似毒副反应”耗费宝贵的时间。屠呦呦向领导提交了志愿试药报告：“我是组长，我有责任第一个试药！”

       1972 年 7 月，屠呦呦等 3 名科研人员住进北京东直门医院，成为人体试毒的首批“小白鼠”，一周过去后未出现明显毒副反应。随后，屠呦呦和同事们携药赴海南昌江疟区进行临床验证，21 例疟疾患者疟原虫全部转阴。

       青蒿乙醚中性提取物具有良好的抗疟疗效。但是，提取物成分复杂，需要从中分离出单一的抗疟活性成分。在以身试药之前，屠呦呦和同事们就已经开始尝试纯化分离研究，并先后得到少量颗粒状、片状或针状结晶。屠呦呦赴海南开展临床验证期间，留在北京的课题组成员继续进行纯化工作，并陆续得到多个结晶。从海南疫区回来后，屠呦呦迅速投入单体

       结晶的化学研究中。1972 年 12 月初，课题组在对结晶进行鼠疟实验时，发现 11 月 8 日得到的Ⅱ号结晶有显著效果，这是首次以药效证实从青蒿中获得的单一化合物具有抗疟活性。该化合物即后来定名的青蒿素，1972年 11 月 8 日成为青蒿素的诞生日。

       课题组干劲十足，屠呦呦和同事们进一步优化实验流程，为了开展一系列化学研究、临床前深入研究和临床验证，需要大量的青蒿素。当时我国科研条件非常艰苦，常规的提取容器无法适应大量提取的需要。为了争取时间，课题组从市场上购买了 7 个大水缸，装满乙醚，将青蒿浸泡其中做初步提取，然后再用大型实验室设备进行提取和纯化。中药所数十人夜以继日三班倒地进行大量提取，终于提取出 100 克青蒿素。在 1973 年深秋，青蒿素在海南的首次验证中显示出了治疗效果。

       这个抗疟新药又是如何发挥其活性的呢？功能与结构密切相关。于是，课题组与中国科学院上海有机化学研究所、生物物理研究所等单位合作，于 1975 年年底测定出青蒿素的化学结构。结果表明，青蒿素与奎宁、氯喹等传统抗疟药物不同，它是一种具有独特化学结构的倍半萜烯内酯类化合物。

       在此期间，课题组继续深入青蒿素的化学研究。1973 年 9 月，屠呦呦发现双氢青蒿素，以此为前体可以制备多种衍生物，其抗鼠疟效价更高。经过构效关系研究后，1975 年，课题组证实青蒿素结构中的过氧基是抗疟活性基团。

       1977 年，以“青蒿素结构研究协作组”名义撰写的论文在《科学通报》上公开发表，首次向全球报告了青蒿素这一重大原创成果。而青蒿素的发现不仅仅在于增加一个抗疟新药，更重要的意义在于发现这一新化合物的独特化学结构，为进一步设计合成新药指明了方向。

矢志不渝，专注青蒿素

       发现青蒿素之后，屠呦呦一直致力于其结构和机制的基础研究，并开发了青蒿素衍生物——双氢青蒿素。而双氢青蒿素因其作用迅速、效力高、毒性低、半衰期短的特性，使其

       成为理想的抗疟药物。据不完全统计，青蒿素类药物在全世界每年治疗 2 亿多人，现已挽救了数百万人的生命。如今，以青蒿素类药物为基础的联合疗法，仍然是世界卫生组织推荐的抗疟最佳疗法。青蒿素成为传统中医药送给世界人民的礼物。

       然而，“由于生物医药发明的独特性，往往需要很长时间去证明，这种药物是无毒的，是可以用于人体治疗的”。在青蒿素发现 40多年后，诺贝尔科学奖姗姗来迟。屠呦呦有关疟疾新疗法的发现，使疟疾患者的死亡率显著减低，为改善人类健康和减少患者病痛做出了无法估量的贡献。2015 年 10 月 5 日，瑞典卡罗琳医学院将诺贝尔生理学或医学奖授予屠呦呦。屠呦呦成为第一位荣获诺贝尔科学奖项的中国本土科学家。

       不过，屠呦呦对青蒿素的研究并没有停止。耐药性是困扰医学界的一大难题，“青蒿素一旦产生抗药性，就需要至少再花十年时间研究新药”。针对青蒿素在东南亚等国出现的耐药性现象，屠呦呦团队经过多年攻坚，提出在临床中优化用药方案并用好青蒿素，完全有希望解决好现有的青蒿素耐药性问题。

       青蒿素独特的结构是如此神奇，其强大的抗疟效果更是让人着迷。尽管历经数十年的广泛应用，但是人们对青蒿素作用机制的了解仍然相当有限。“一个新药只有将机理搞清楚了，才能充分发挥它的作用。”作为一项长期性工作，屠呦呦除了自己深入研究之外，也在呼吁更多的科研人员开展青蒿素抗疟机制的研究。

       怎么让它的作用发挥到极致？青蒿素类药物具有患者耐受性良好和价格低廉的特点，是一种特别值得开发其新功能的药物。“老药新用”是研发新药的捷径之一，除了抗疟活性，青蒿素是否具有其他药理活性呢？近些年来，屠呦呦开始探索青蒿素的新用问题——研究新的适应证。最近他们发现，双氢青蒿素对于治疗红斑狼疮存在有效性趋势，目前已进入二期临床试验。

       屠呦呦这辈子就做青蒿素。直到今天，这位 90 岁的科学家还在从事青蒿素研究。“中国医药学是一个伟大宝库，青蒿素正是从这一宝库中发掘出来的。未来我们要把青蒿素研发做透，把论文变成药，让药治得了病，让青蒿素更好地造福人类。”屠呦呦说。

       一说青蒿素，她的眼睛就亮了……

（摘编自《屠呦呦传：中国首获诺贝尔奖的女科学家》，《屠呦呦传》编写组，人民出版社，2015 年；《科技引领未来》，吴良镛，潘建伟等，中国文史出版社，2018 年。由温菲整理）