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诺贝尔奖获奖者--屠呦呦的主要学术成就
来源:《分析化学》人物专栏
发布时间:2015-10-23 08:57:25
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屠呦呦近日在接受《新京报》记者采访时,向记者推荐的两本书中有一本是《20世纪中国知名科学家学术成就概览》(简称”概览“)。概览·医学卷·药学分册收录了屠呦呦的传文。本文节选其传文中主要学术成就以飨读者。

 

目录

屠呦呦简介

一、青蒿素发现历程

二、青蒿素及青蒿素类药物的诞生

三、青蒿素发明的国际影响

屠呦呦主要论著

屠呦呦 简介

“呦呦鹿鸣,食野之芩” (出自《诗经》,“芩” 泛指“蒿类植物”),父亲就是用《诗经》 这句诗文中的“呦呦” 二字,为自己的女儿取了个名,加上屠姓,她就是屠呦呦。

屠呦呦(1930 ~ ),浙江宁波人。药学家。1955 年毕业于北京医学院(现北京大学医学部) 药学系,1955 年分配到卫生部中医研究院( 现中国中医科学院) 中药研究所工作至今。1959 ~1962 年参加卫生部全国第三期西医离职学习中医班。1973 ~1990 年任中药研究所化学室主任,1979 年任中药研究所副研究员,1985 年任研究员。1997 年开始任中药研究所青蒿素研究中心主任。1980 年被聘为硕士研究生导师,2001 年被聘为博士研究生导师。

多年从事中药和中西药结合研究,突出贡献是创制新型抗疟药——青蒿素和双氢青蒿素。1978 年,屠呦呦领导的中医研究院中药研究所“523” 研究组受到全国科学大会的表彰,1979 年,“抗疟新药青蒿素” 获得国家发明奖二等奖。2011 年获美国拉斯克临床医学奖,这是中国生物医学界本土科学家首次获得的世界著名奖项。2015年10月获诺贝尔生理学或医学奖。屠呦呦是第一位获得诺贝尔科学奖项的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理学或医学奖的华人科学家。

一、青蒿素发现历程

发现青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物,挽救了全球特别是发展中国家的数百万人的生命。

——屠呦呦获得诺贝尔奖理由

1. 历史背景

从1 周延长到10 天至2 周。鉴于提供防治恶性疟疾药物的紧迫性和艰巨性,只靠军队的科研力量在短期内完成这项任务的难度是非常大的,只有组织国内更多的科研力量,军民大协作才有可能更好地完成这一紧急援外战备任务。因此,针对热带抗药性恶性疟疾防治要求,中国人民解放军军事医学科学院起草了三年研究规划草案,经过酝酿讨论和领导审定,由中国人民解放军总后勤部商请国家科委,会同国家卫生部、化工部、国防科工委和中国科学院、医药工业总公司,组织所属的科研、医疗、教学、制药等单位,在统一计划下分工合作,共同承担此项任务。国家科委和中国人民解放军总后勤部于1967 年5 月23 日在北京召开了有关部委、军队总部直属和有关省、市、区、军队领导及所属单位参加的“疟疾防治药物研究工作协作会议”,会议讨论确定了三年研究规划。由此,拉开了抗疟新药研究的序幕。由于当时这是一项援外战备紧急军工项目,为了保密,就以5 月23 日开会日期为代号称为“523” 任务。“523” 项目的任务十分明确,就是通过军民合作开发防治疟疾药物,同时对所开发防治药物的要求是高效、速效、预防药物要长效。自此先后有七大省市全面开展了抗疟药物的调研普查和筛选研究。至1969 年筛选的化合物和包括青蒿在内的中草药万余种,但未能取得理想的结果。疟疾是严重危害人类健康的世界性重大流行性疾病之一,据世界卫生组织报告(World Malaria Report 2011,WHO),2010 年99 个国家、33 亿人口受疟疾威胁,全球疟疾患者2.16 亿人,65.5 万人死于疟疾,其中86% 为5 岁以下儿童,特别是在非洲的一些国家更是发病率高、病死率高的疾病。疟疾也是军队行动的无形杀手,在古今中外的战争史中,因疟疾流行造成部队严重减员,从而导致军事行动失败的战例,时有记载。有关资料报道,在越南战争中,1964 年,美军因疟疾造成的非战减员比战伤减员高出4 ~5 倍。1965 年驻越美军的疟疾发病率高达50%。因此抗疟药的研究就成了一项重大研究课题。美国为解决这一难题,专门成立了疟疾委员会,大量增加研究经费,组织了几十个单位,参加抗疟研究任务。至1972 年,美国华尔特里德陆军研究院,就已筛选了21.4 万种化合物,但没有找到理想的新结构类型抗疟药。20 世纪60 年代初期,越南和我国是同志加兄弟的邻国,当时越南人民军也同样遭受到疟疾的严重困扰。据河内卫生局统计,1961 ~ 1968 年伤病员比例,除1968 年第一季度伤员多于病员外,其他时间都是病员远远超过伤员,病员中大多数患的是疟疾。鉴于此况,越南领导人访问中国向毛泽东主席、周恩来总理提出请求,希望能帮助研制新型抗疟药。应越南的请求,毛泽东主席、周恩来总理指示,有关部门要把解决热带地区部队受疟疾侵害、严重影响部队战斗力、影响军事行动的问题作为一项紧急援外、战备任务立项。因此,研制新型抗疟药就成为当时中国军队医药科技工作者的一项重要的政治任务,1964 年起,军内开展了抗疟药的研究。1966 年,军事医学科学院微生物流行病研究所和毒理药理研究所的专家们就进行了应急预防处方的研究,设计了防疟1 号、2 号片,使预防时间

2.接受任务

1969 年1 月21 日,全国“523”办公室主任白冰秋、副主任张剑方及田辛同志一行三人来到中医研究院(以下简称“中研院”),高合年副院长和中药所章国镇副所长负责接待,屠呦呦等同志参加会谈。白冰秋、张剑方主任在介绍了“523” 任务的基本情况和研究进展后说: 该研究项目是备战的,美国非战斗减员比战斗减员还多,动员几十个单位搞研究。北京协作区已有好多单位参加了,希望中药所也能参加。特别提到“中药抗疟已做了好多工作,到流行地调查,曾收集验秘方来试验,有的有一定效果但不满意,用法、制剂等方面也存在问题。方子拿了不少,很多是大复方,这么多药怎么办,哪个方子好,什么起主要作用,我们经验少,办法少,希望你们能参加此项任务。” 当时的中研院是“文化大革命” 的重灾区,科研工作全面停顿,但考虑到这是政治任务,就接受了。中研院把任务交中药所来完成,指令中药所成立了科研组,屠呦呦任课题组长负责全面工作。从此,屠呦呦开始了艰辛的从中医药中探索发掘抗疟新药的研究之路。

3.初步探索

接受重任后的屠呦呦心情是激动的,在那个动乱的年代,科研工作处于完全停滞状态下,能接受这样光荣的任务当然是振奋的,也是很幸运的。但她也深感责任重大,任务艰巨,前人对于有记载和有临床实践的单味药、复方都已做过了筛选。

万事开头难,屠呦呦坚信有悠久传统历史的中医药一定会有精华,应该在努力发掘上狠下工夫。凭借熟悉中西医两门知识和扎实的基本功,她决定先从本草研究入手,广泛收集、整理历代医籍,查阅群众献方,请教老中医专家。仅用3 个月的时间,她就收集了包括内服、外用,植物、动物、矿物药在内的2000 多个方药,在此基础上精选编辑了包含640 个方药的《抗疟方药集》,并以中研院革委会业务组的名义油印成册,于1969 年4 月送交全国“523” 办公室,并请转送相关单位参考。之后,屠呦呦就开始进行实验研究。说是课题组,其实初期仅有屠呦呦一人,任务是寻找合适中药,以配伍解决常山碱致呕吐的副作用问题。她选取一些有止呕功效的中药配伍常山碱,在鸽子及猫的呕吐模型上进行药理实验。但是,最好的组合也只是对鸽子的呕吐模型较为有效,对猫呕吐模型基本无效。1969 年5 月起,她开始制备中药水提物、乙醇提物送军事医学科学院(以下简称“236”) 进行抗疟药筛选,至6 月底送样品50 余个,其中,发现胡椒提取物对鼠疟模型疟原虫抑制率达84% 。1969 年7 月,时值“523” 任务下海南疟区现场季节。全国“523” 办要求中药所去3 个人,并提出在上半年筛选样品中对鼠疟抑制率较高的胡椒及辣椒加明矾要带下去做临床疗效观察。此时,中药所派屠呦呦、郎林福、余亚纲3 人前往海南。

在海南疟疾疫区的临床验证发现,尽管胡椒和辣椒加明矾的多种制备样品对鼠疟抑制率达80% 以上,但对疟疾病人只能改善些症状,而不能使患者的疟原虫转阴。任务结束后,屠呦呦被广东省“523” 办公室授予“五好队员称号” 奖状。

1970 年,课题组的主要精力还是开展对胡椒的深入研究,2 ~ 9 月,先后送“236” 测试胡椒等各种提取物和混合物样品120 余个。经效价测定,发现胡椒经分离提取后,不能提高效价;调节成分比例,虽能提高效价,但远不如氯喹。同年9月,屠呦呦与余亚纲讨论扩大筛选范围,由余亚纲负责矿物和动物药筛选;屠呦呦负责植物药的筛选。然而,扩大筛选工作启动后,仅仅做了30 余个筛选样品,其中包括青蒿乙醇提取物,疟原虫抑制率68%。由于“236” 本身任务繁重,1970 年秋,难以再承担与中药所合作进行抗疟活性检测工作,而中药所自己又无抗疟活性检测条件,屠呦呦课题组的抗疟药物筛选也就下马了。

4.乙醚中性提取物(91#)

1971 年4 月15 日,国务院、中央军委以(71) 国发文29 号的形式,同意并批转了卫生部军管会、燃料化工部、中国科学院、中国人民解放军总后勤部《关于疟疾防治研究工作情况的请示报告》。1971 年5 月22 日至6 月1 日,遵照国务院、中央军委(71) 国发29 号文的批示,全国疟疾防治研究领导小组,在广州召开了疟疾防治研究工作座谈会。参加会议的有北京、上海、广东、广西、云南、四川、江苏等省、市、区革委会,广州、南京、昆明、成都军区后勤部和广西军区、上海市警备区后勤部具体做过这项工作的负责同志,以及部分专业人员代表共86 人。中研院派屠呦呦和针灸所的曹庆淑参加了会议。广州会议,传达了周恩来总理5 月28 日对加强热带地区恶性疟疾防治研究工作的重要指示,会议对前期全国抗疟研究情况进行了总结,并提出了疟疾防治研究工作五年规划的重点与要求。

广州会议后,确定中研院要继续承担部分中医中药防治疟疾的研究任务。卫生部领导说: “523” 中医中药工作只能上,不能下。中研院领导对此极其重视,于7月初,在全院抽调相关人员,组成了中西医结合、基础临床结合、针药结合的疟疾防治研究小组,其中药物筛选工作由4 人组成,屠呦呦负责全面工作,郎林福负责建立鼠疟动物模型,开展药效筛选和评价。由此,中研院中草药抗疟研究课题组在调整和加强后,课题重新启动。同志们十分振奋,决心大干快上。1971 年7 月16日起,屠呦呦和同志们踏上了艰苦而漫长的抗疟中药筛选之路。至1971 年9 月初,他们马不停蹄地筛选了100 余种中药的水提物和醇提物样品200 余个。他们期盼着能有所收获,但结果令人失望。筛过的中药包括青蒿,对疟原虫的抑制率高时也只有40%左右。难道史书上记载不可信? 难道实验方案不合理? 难道在中医药这个宝库中就发掘不出宝来? 一个氯喹不可超越,一个常山已到了尽头,真的就无路可走了吗? 挫折面前不可气馁,困难面前不可低头,坚韧不拔的精神激励着屠呦呦,激励着课题组的同志们。冷静下来,她对前期的研究工作进行了认真分析,并重温以往研究过的几个一度出现苗头的药物的历代文献。如青蒿,在中国的应用已有2000多年的历史,《神农本草经》 就有记载,青蒿治疗疟疾则始于公元340 年间的东晋葛洪《肘后备急方》,之后宋《圣济总录》、元《丹溪心法》、明《普济方》 等著作均有“青蒿汤”、“青蒿丸”、“青蒿散截疟” 的记载。明李时珍在《本草纲目》 除收录了前人的经验外,还载有治疗疟疾寒热的实践,清《温病条辨》、《本草备要》以及民间也有青蒿治疗疟疾的应用。在反复研读文献过程中,《肘后备急方》 “青蒿一握,水一升渍,绞取汁,尽服之” 的描述给了屠呦呦新的启迪。为什么古人用“绞汁”? 既往的提取研究,一般中药常用水煎煮或者用乙醇提取,但结果都不好,难道青蒿中的有效成分忌高温或酶的影响? 再有青蒿在什么情况下才能绞出“汁”来,只有嫩的枝叶才会绞出汁来,这是否还涉及药用部分以及采收季节的问题? 后来实验证明,确实只有青蒿叶子才含有抗疟有效成分——青蒿素,占大量份额的坚硬茎秆是不含青蒿素的。屠呦呦终于找到了开门的钥匙,经过周密地思考,她重新设计了研究方案,对一些重点关注的药物,还设计了多个方案。如青蒿就设计了用低温提取,控制温度在60℃以下;用水、醇、乙醚等多种溶剂分别提取;将茎秆与叶子分开提取等方案。课题组从1971 年9 月起,启用新方案,对既往曾筛选过的重点药物及几十种新选入的药物,夜以继日地进行筛选研究。在试验研究中,发现青蒿乙醚提取物,对鼠疟模型有较高的效价,但杂质较多,且有一定毒性,遂又将提取物分为中性和酸性两个部分。实验证明,酸性部分具较强毒性又无效,而保留下来的中性部分才是抗疟药效集中的有效部分。功夫不负有心人,经过一批批反复试验,终于在1971 年10 月4 日,编号为第191 号的乙醚中性提取物(出于保密,课题组将其命名91#) 展现了令人振奋的结果,对疟原虫的抑制率达100%! 这是一个令人难忘的日子,筛选工作终于出现了突破。此后,屠呦呦和她的团队又不断完善提取、精制方案,制备样品,同年12 月13 日到1972 年1 月并在猴疟模型上也获相同结果。确证乙醚中性提取物是青蒿抗疟的活性部位,这是发现青蒿素的关键一步。1972 年3 月8 日,屠呦呦在南京召开的抗疟药研究内部会议上,报告了青蒿及其提取物对鼠疟、猴疟具有良好抗疟作用的重大发现,引起与会者极大的关注。会后,全国“523” 办公室要求中药所当年在海南疟区试用青蒿有效提取物,观察临床抗疟疗效。

要深入临床研究,就必须先制备大量的青蒿乙醚提取物,进行临床前的毒性试验和制备临床观察用药。短时间内提取大量的青蒿提取物,困难重重。“文化大革命” 期间业务工作都停了,根本没有药厂可配合。屠呦呦课题组只能土法上马,买来盛水的大缸充当提取锅用,她们几乎每天都要加班加点,星期天也不休息。每天接触大量化学溶剂,通风条件又不好,一天下来常常头晕眼胀,还有鼻子出血、皮肤过敏等反应,屠呦呦也因此得了中毒性肝炎。然而压力和困难没有压垮屠呦呦课题组的同志们。

乙醚中性提取物有了,但在进行临床前试验时,却出现了问题,在个别动物的病理切片中,发现了疑似的毒副作用。因此,搞毒理、药理学的同事认为需要进行反复多次试验,当确证无毒后,方能上临床。然而,经过几次动物试验,疑似问题仍然未能定论。是动物本身就存在问题,还是药物所致? 一时争论不休。然而,当年的临床验证机不可失,若错过临床观察季节,就要再等一年。综合分析青蒿古代的用法又结合实验动物的表现,屠呦呦认为不至于发生疑似的毒副作用。就此她当机立断,给领导打报告,愿以身试药,经领导研究,同意屠呦呦的申请。在课题组两位同志的响应下,屠呦呦等三人住进了医院,按照人体探路试服方案,在严密监控的情况下,于1972 年7 月,开始了青蒿提取物的人体试验。经一周观察,未发现该提取物对人体有明显毒副作用,三位受试者情况良好。考虑到临床用药方案可变动的灵活性,以充分显示其抗疟疗效,便又在所内补充五例增大剂量的人体试服。结果未发现疑似的毒副作用,才铺平了临床试用之路。就在屠呦呦整装待发准备赴海南时,屠呦呦的丈夫被下放去云南“五七干校”,家里孩子小又没人照顾,她只好恳请托儿所留下孩子全托。后来为了不影响工作,她干脆就把孩子送回了老家。用屠呦呦的话说: “在那个时候,我们绝对是事业第一,生活要给事业让路的。”

就这样,屠呦呦亲自携药赶赴海南昌江疟区与中研院已在那里的针灸研究所从事针灸“523” 任务的临床医疗队会合。在1972 年8 ~ 10 月短短两个月的时间里,他们克服高温酷暑,跋山涉水,抢时间找病人。初次临床,慎而又慎,用药剂量从小到大逐步增加。根据自身试服经验,分为3 个剂量组。病人选择,从免疫力较强的本地人再及缺少免疫力的外来人口,疟疾病种,从间日疟到恶性疟。屠呦呦亲自给病人喂药,以确保用药剂量,并守在床边观察病情,测体温,详细了解血片检查后的疟原虫数量变化等情况。最终完成了21 例临床抗疟疗效观察任务,其中包括间日疟11 例,恶性疟9 例,混合感染1 例。临床结果令人满意,间日疟平均退热时间19 小时,恶性疟平均退热时间36 小时,疟原虫全部转阴。是年还同时在北京302医院验证了9 例,亦均有效。这一结果,令屠呦呦及课题组的同志们兴奋不已。1972 年11 月18 日,中研院批示: 请屠呦呦参加1972 年11 月20 ~30 日,在北京召开的全国各地区“523” 办公室主任座谈会。会议上屠呦呦报告了青蒿乙醚中性提取物首次临床30 例抗疟全部有效的结果。

从1972 年3 月8 日报告青蒿乙醚中性提取物动物实验有效到11 月底报告青蒿乙醚中性提取物临床抗疟全部有效,屠呦呦科研组这一年的工作成绩十分出色。这再次引起“523” 办公室及相关兄弟单位的高度重视。1973 年新年刚过,中药所就不断接到各地来信和来访。屠呦呦对此都很重视,亲自回信,寄资料,热情接待来访者,毫无保留地介绍青蒿、青蒿提取物及其化学研究进展情况,体现了高度负责的政治责任感和无私的奉献精神,体现了中国科技工作者的高尚情操。

5.发现青蒿素

发现有活性的青蒿乙醚中性提取物后,在中研院和中药所领导的大力支持和协调下,屠呦呦一边组织大量提取青蒿乙醚中性提取物,准备临床验证用药,一边指导课题组对青蒿乙醚中性提取物紧锣密鼓地开展有效成分的分离、提取工作。

从青蒿乙醚中性提取物中分离、提取青蒿素是一项无先例的探索性工作,后来发现在北京产的青蒿中青蒿素的含量仅有万分之几。可想而知,在当年那样的条件下他们的分离提取工作的难度之大,特别是大量提取青蒿素,以供动物实验和临床观察用药,就更是难上加难了。

屠呦呦和课题组的同志们在探索中前进。他们选用不同性能、不同规格的吸附剂,先用板层析探索合适条件再上柱子,用不同极性的溶剂洗脱,再进行动物模型验证是否有效,以便追踪有效物质,发现有效单体。

1972 年4 月26 日到6 月26 日,课题组先后得到少量颗粒状、片状或针状结晶。8 月1 日,屠呦呦在对青蒿乙醚中性提取物的化学分离中,经硅胶板层析,发现用硅胶分离的效果为好。在屠呦呦去海南前,再次召开课题组会议,对进一步提取有效成分的方案进行了研究,并对人员安排做了部署,课题组人员分甲、乙两组,分别从青蒿乙醚中性提取物中分离活性成分。在她到海南验证青蒿乙醚中性提取物临床疗效暂离实验室时,由倪慕云主持工作。课题组不断地改进和完善提取分离方法和条件,进一步去粗存精。这期间,屠呦呦也经常通过信件,了解课题进展情况,并提出建议。当年9 月25 日、9 月29 日、10 月25 日、10 月30 日、11 月8 日,倪慕云、钟裕容、崔淑莲相继分得多个结晶。

在圆满完成91#药临床验证任务后,屠呦呦就立即投入到化学研究工作。她和课题组讨论、比较分析了已得的化学单体,通过显色反应、板层析Rf 值等鉴别异同,整合所分得的成分,并开始在鼠疟上评价药效。12 月初,鼠疟试验发现,从11月8 日分得到的Ⅱ 号结晶有显效,小鼠口服每千克体重50 毫克可使疟原虫转阴。首次以药效证实了从青蒿中获得的具有抗疟活性的单一化合物(曾称为“青蒿针晶Ⅱ” 等,后定名为青蒿素)。课题组将1972 年11 月8 日定为青蒿素的诞生之日。这也是青蒿素发现史上一个值得纪念的里程碑。

6.首次临床验证

实验室大量提取的流程修改完善后,屠呦呦和课题组的同志们开始了新一轮的奋斗。实验室的条件虽然简陋,但课题组的干劲十足。从1973 年年初到1973 年5月,已拿到青蒿素纯品100 余克。屠呦呦将其分成几部分: 一部分用于青蒿素的化学研究;一部分用于临床前的安全性试验;一部分制备临床观察用药;少部分留做备用。

1973 年第二季度,进行了青蒿素的一系列安全性试验研究: 青蒿素试验剂量无论大或小,对猫的血压、心率、心律和心电均无明显影响;三批次犬的毒性试验,除个别犬出现流涎、呕吐和腹泻外,其他各项指标均正常,未发现明显毒副作用。

为了慎重起见,这次也同样做了健康人的人体试验。在制定了详细人体试服计划后,于1973 年7 月21 日至8 月10 日,四名科研人员参加了试服,结果未见明显毒副作用。

青蒿素的动物及人体的安全性试验已经通过,意味着新一代抗疟药即将诞生。大家都对临床验证翘首以盼。然而,青蒿素的临床验证却是一波三折。

中药所的同志把青蒿素片剂送到海南现场后,由已经在那里工作的针灸所的医生负责临床观察。1973 年8 月10 日至10 月15 日,用青蒿素治疗外来人口疟疾8例。实际是分两个阶段完成的,9 月22 日前,观察了青蒿素治疗外来人口恶性疟疾5 例,结果1 例有效,2 例血中疟原虫数量有所降低,因患者心律有期前收缩而停药,2 例无效,效果不够理想。青蒿素的首次临床观察出师不利。消息经电话传回北京,大家都十分意外,一串的疑问困扰着屠呦呦课题组和中药所领导。大家开始查找原因。青蒿素纯度没问题,动物实验的数据没问题,问题难道出在剂型上吗?随即请在海南做临床试验的同志把片剂寄回北京。当检查剩余的药片时,大家感觉药片很硬,用乳钵都难将药片碾碎,发现是崩解度出了问题,影响了药物的吸收。大家经讨论决定,用青蒿素原粉直接装胶囊。赶在海南疟区现场观察季节结束前抓紧验证,以明确青蒿素是否有临床疗效。屠呦呦亲自动手,将该青蒿素装入胶囊,中药所业务副所长章国镇同志身负重任,携青蒿素胶囊赴海南,9 月29 日抵达疫区现场,观察了3 例外来人口间日疟,服药剂量3 ~ 3.5 克。结果表明,药后平均31小时内体温复常,18.5 小时血疟原虫转阴,全部有效,未见明显副作用。但因海南疟区现场观察季节结束,未能继续验证。这是青蒿素的首次临床试用,说明屠呦呦课题组所得到的青蒿素就是青蒿的抗疟有效成分。

当年向全国“523” 办公室汇报青蒿素首次临床观察结果的报告,是由针灸所的同志撰写,报告没有反映出8 例病人用的是两种剂型,更没有说明8 个病例是分两个阶段完成的。难怪后人对此报告做出错误解读,这实际上是一个历史误解。

在青蒿素的首次临床验证中,挫折与成功交织在一起。青蒿素胶囊剂治疗的3个病例说明,青蒿素的临床疗效与实验室疗效一致,一个新的抗疟药确实诞生了!

档案表明,1973 年4 月课题组就确定了青蒿素是一个不含氮的化合物,分子量为282,分子式为C15H22O5,属于倍半萜类化合物。这足以说明,1973 年下半年在海南临床验证有效的就是青蒿素。

1974 年4 月在河南商丘召开疟疾防治药物(化学合成) 研究专业会议,中药所派科教处陈玫同志携带青蒿研究汇报资料参会,在会议上报告了青蒿素、双氢青蒿素的研究情况,这也是青蒿素首次在内部专业会议上公开。

青蒿素结构的首次公开发表则是在1977 年。中药所曾先与中国科学院有机化学所协作研究青蒿素结构,后与中国科学院生物物理研究用X 射线衍射方法合作研究青蒿素结构。1975 年年底,X 射线衍射方法确定了青蒿素的三维立体结构。之后,中药所经1976 年2 月和1977 年2 月两次请示后,国家卫生部同意以青蒿素结构研究协作组的名义在《科学通报》 上公开发表。

7.双氢青蒿素的问世

青蒿素的发现,引起中研院及中药所的高度重视,在人力、物力各方面都给予了大力支持。屠呦呦负责全面工作,在组织大量提取青蒿素,准备上临床的同时,工作的重点转向了青蒿素的化学研究。

1973 年年初起,屠呦呦与课题组就开展了对青蒿素的化学鉴定研究。她和同事们从熔点、旋光、氮元素及其他化学反应出发,元素分析又结合四大光谱数据,确定了青蒿素的分子量与分子式。随后请母校林启寿教授指导分析,明确为不含氮的倍半萜内酯类化合物,属新结构类型抗疟药,并建议做衍生物,以确定其功能基团羰基的存在。

1973 年9 月下旬,屠呦呦即开展了青蒿素的衍生物实验,发现青蒿素经硼氢化钠还原,羰基峰消失,佐证青蒿素中羰基的存在,并由此在青蒿素结构中引进了羟基。经课题组同志重复,结果一致。此还原衍生物的分子式为C15H22O5,分子量284。这个还原衍生物就是双氢青蒿素(曾称还原青蒿素)。课题组的倪慕云在还原衍生物引进乙酰基,此乙酰化产物的抗鼠疟效价更高。这说明,青蒿素分子引进羟基之后,可以制备多种衍生物,为研究构效关系创造了条件。

1975 年,课题组对青蒿素、过氧基团去留、内酯环羰基还原、乙酰化等的构效关系进行了研究。证实了青蒿素结构中过氧基是抗疟活性基团,在保留过氧基的前提下内酯环的羰基还原成羟基(即双氢青蒿素),可明显增效;在羟基上增加某侧链,药效可进一步增加,提示修饰青蒿素的部分结构,能改变其理化性质,增强抗疟活性。有关研究情况曾向“523” 办公室做过汇报。双氢青蒿素除本身具有强于青蒿素的抗疟活性外,它还是合成青蒿素类药物的前体。青蒿素类的其他抗疟药是以双氢青蒿素为基础的,如青蒿琥酯、蒿甲醚等。因此,双氢青蒿素的发现是屠呦呦及其课题组又一个重要贡献。

构效关系的研究结果也促使屠呦呦进一步思考,认定双氢青蒿素极具进一步研发价值,于是力排异议,在1985 年青蒿素申报“新药证书” 工作近尾声之际,在当时的国家中医管理局科技司和中药所领导的支持下,争取到当年的科研经费。以屠呦呦为项目负责人并从事药学有关工作,富杭育负责药理毒理实验研究,按照新药审批办法的要求,组织协作单位,开始了抗疟新药——双氢青蒿素及其片剂的开发研究工作。历经7 年艰辛,终于将发现于1973 年的双氢青蒿素,在1992 年获得新药证书,并转让投产。这是屠呦呦对中国乃至世界人民做出又一重要贡献。当年她主持的“双氢青蒿素及其片剂” 研究被评为全国十大科技成就,为此她被中研院聘为终身研究员。双氢青蒿素由北京企业生产,商品名叫“科泰新”,广泛用于各种疟疾的治疗。一段时间“科泰新” 曾是中国国家领导人出访非洲必送的礼物,在那里“科泰新” 被誉为‘神药’,甚至有人将自己刚出生的孩子取名叫“科泰新”。

由于双氢青蒿素临床药效提高10 倍,用药量小,又复燃率降至1.95%,进一步体现了青蒿素类药物“高效、速效、低毒” 的特点。

8.全国“523” 项目大协作

青蒿素的研究历程与成果表明,这是全国“523” 项目大协作的产物。1978 年11 月28 日,在扬州召开青蒿素鉴定会时,主要研究单位就列了6 家,主要协作单位竟有39 家之多,参加鉴定会的人员达100 多人。有人说,搞一个新药用得着那么多单位,那么多人吗。请记住,那是在40 多年前,即使中药所这样的国家级研究所,也缺乏先进的仪器设备。中国科学院上海有机化学研究所是当时全国化学研究条件最好的研究所,中药所与其合作研究青蒿素的化学结构持续了两年多,未能确定青蒿素的结构。中国科学院生物物理研究所的介入,采用更为先进的X 射线晶体衍射技术,青蒿素的立体结构才得以确定。青蒿素鉴定书有这样的记载: 1972 年以来,全国十个省、市、区用青蒿制剂和青蒿素制剂在海南、云南、四川、山东、河南、江苏、湖北以及东南亚等恶性疟、间日疟流行地区,进行了6555 例临床验证。(其中) 青蒿素制剂治疗2099 例。这么大的工作量,在那个年代,即使在今天,靠几个单位也是难以完成的。可见全国大协作对促进青蒿素的开发起到了至关重要的作用。而这个大协作的组织、协调者,就是全国“523” 办公室。是全国“523” 办公室慧眼邀请中药所加入到“523” 项目,并在青蒿素发现的过程中给予了大力的支持。当中药所发现青蒿乙醚中性提取物对鼠疟、猴疟模型疟原虫有100% 抑制率时,就指示当年开展临床验证;当中药所拿到青蒿素单体时,又指示尽快临床验证。1974 年1 月10 ~17 日,在北京召开的各地区“523” 办公室负责同志座谈会上,指示“有关青蒿的研究工作,由中研院组织云南、山东等地一起讨论交流,协调下一步工作。” 1974 年2 月5 日,全国疟疾防治研究领导小组转发的“523” 办公室负责同志座谈会简报,提到要交流青蒿抗疟研究经验。中研院根据这一安排,于1974 年2 月28 日至3 月1 日在中研院里召开“青蒿素专题研究座谈会”,参加座谈会的有山东中医药研究所、山东寄生虫防治所、云南药物研究院及北京中药所的科研人员和北京“523” 办公室的同志、中研院的领导。会议交流了3 年来青蒿的研究进展情况,为了加强协作、避免重复、协调任务、加快速度,对下一步的工作进行了分工。中药所邀请参会的代表参观了青蒿素研究的各实验室,并作了详细介绍,从此拉开了全国大协作的序幕。一年后的成都会议,有全国8 个省、市的相关单位参加,对开展青蒿研究的“大会战” 进行了部署,使全国大协作达到了高潮,对加快青蒿素的研究起到了至关重要的作用。青蒿素的研发历程体现了全国大协作的优势与特色,其中全国“523” 办公室的组织工作功不可没。

二、青蒿素及青蒿素类药物的诞生

1978 年鉴定会上,认为治疗疟疾新药青蒿素的研究成功,是抗疟药研究史上继喹啉类药物之后又一突破。青蒿素是和已知抗疟药完全不同的新型化合物,从而为进一步寻找抗疟药物开辟了新途径。作为治疗药物与目前的抗疟药物比,有速效、低毒的优点。特别是在救治脑型疟疾和抗氯喹恶性疟方面,达到国际先进水平。青蒿和青蒿素治疗疟疾研究成功是继承发扬祖国医学遗产的一个重大科研成果。那时青蒿素还不是正式批准的新药,因此,专家建议,进一步改进生产工艺,改革剂型,尽快落实青蒿素及其制剂的投产。

随着青蒿素研究的深入,中药所抗疟课题组也日益壮大,植化、药理、剂型等研究室的许多科研人员参加了青蒿素的研究。1976 年,中药所考虑要搞一个好的剂型参加鉴定,提供临床使用。经研究确定搞栓剂,它特别适合恶性疟和儿童疟疾病人使用。经过大家共同努力,到1983 年8 月,完成了青蒿素栓的制剂研究。经药理、安全性和1、2、3 期临床试验,1986 年获得卫生部青蒿素(原料药) 批准文号: (86) 卫药试字x-01;青蒿素栓新药证书: (86) 卫药证字x-04 号,青蒿素栓批准文号(生产): (86) 卫药试字x-04 号。这是1985 年颁布《中华人民共和国药品管理法》 和《新药审批办法》 后,卫生部批准的第一个原料药生产证书和青蒿素栓新药证书及青蒿素栓生产批文。从1973 年9 月青蒿素胶囊3 例首次临床初试全部有效,到1986 年青蒿素类制剂首次被批准正式上市,用了近13 个年头!

1981 年10 月经世界卫生组织致函中国卫生部,提议在中国北京召开青蒿素国际会议。由此“抗疟新药青蒿素” 为世界熟悉和认可。为了加强与世界卫生组织等机构的合作与联系,组织和协调国内正在研究和开发的青蒿素及其衍生物等项目,1982 年3 月,国家卫生部和国家医药管理总局决定,联合成立中国青蒿素及其衍生物研究开发指导委员会(简称青蒿素指导委员会)。在青蒿素指导委员会的协调、指导下,由上海药物研究所、广西桂林制药厂等单位先后以双氢青蒿素为前体,成功合成和开发了蒿甲醚和青蒿琥酯注射剂,并于1987 年取得新药证书和生产批文。之后,青蒿素指导委员会亦结束了历史使命。

三、青蒿素发明的国际影响

随着“文化大革命” 结束,中国大力推进改革开放,国际交往日趋活跃。此时,青蒿素的发明引起世界卫生组织的高度关注,经与卫生部联系,请求以联合国开发计划开发署/ 世界银行/ 世界卫生组织热带病研究和培训特别规划疟疾化疗科学工作组第四次会议的名义,在北京召开青蒿素国际会议。这就是1981 年10 月中国首次向世界全面公开青蒿素抗疟成就的大会。会议的组织工作由世界卫生组织和中研院共同组成的组织委员会负责。与会的美、英、法、印度等7 位专家,对我国科学工作者在继承传统医学遗产与现代科学技术相结合独特的科研成就,造福人类表示钦佩,对取得的成就表示衷心的祝贺。

屠呦呦代表课题组以《青蒿素的化学研究》 为题,第一个作报告,会议主席WHO 疟疾化疗科学工作组阿南德教授高兴地评论说: 青蒿素的发现和青蒿素类衍生物的研究成功,其重要意义在于该类化合物的独特结构以及抗疟作用方式是和任何已知抗疟药毫无雷同之处。这就为今后设计合成新抗疟药提供了新思路。会上,药理、毒理、临床等专家也作了详尽的报告,青蒿素由此为世界所熟知。

WHO 从1995 年起,陆续将我国研发生产的蒿甲醚、青蒿琥酯和蒿甲醚-苯戊醇复方列入WHO 第9、11 和12 版《基本药物目录》,推荐给世界各国。由我国自行研制的青蒿素类抗疟药进入WHO 基本药物目录,在历史上还是第一次。

青蒿素类药物在世界范围内的广泛应用,大幅度降低了全球疟疾病死率,成为全球疟疾治疗的首选药,得到世界公认。

青蒿素的发明为人类带来了一种全新结构的抗疟新药,解决了长期困扰医学界的对喹啉类药物已产生耐药性的疟疾的治疗问题,这是中国对世界医学所做的重要贡献,其中饱含了屠呦呦和其同事的艰辛努力,充满了中西医药融会贯通的智慧。

“呦呦鹿鸣,食野之芩” 是屠呦呦名字的出典,她的人生同蒿草真的结下了不解之缘,她降伏了这小草,令这小草焕发出耀眼的光芒。青蒿素发现至今已经过去了40 多个春秋,如今她已年过八旬。耄耋之年的她在取得了巨大成就的同时,也收获了诸多的荣誉。老骥伏枥,志在千里。她仍然活跃在科研岗位上,还在为扩大青蒿素类药物适应症研究操劳着,还在为合理使用青蒿素类药物遏制抗药性的产生奔波呼吁着。真可谓生命不息,战斗不止。这就是屠呦呦,一个既无博士学历又无院士头衔的普通而杰出的科技工作者。她是科技工作者的楷模,是后来人学习的榜样。

屠呦呦主要论著

屠呦呦,楼之岑.1958.半边莲的生药学研究∥中国药学会中药研究委员会.中药鉴定参考资料·第一集.北京: 人民卫生出版社: 252-260.

屠呦呦.1959.银柴胡∥中国医学科学院药物研究所等.中药志·第二册.北京: 人民卫生出版社: 520-526.

卫生部中医研究院中药研究所,药品生物制品检定所.1963.中药炮炙经验集成.北京: 人民卫生出版社.

青蒿素结构研究协作组.1977.一种新型的倍半萜内酯——青蒿素.科学通报,(3): 142.

刘静明,倪慕云,樊菊芬,屠呦呦(中医研究院),吴照华,吴毓林,周维善(中国科学院有机化学所).1979.青蒿素(artemisinine) 的结构和反应.化学学报,37 (2): 129-142.

青蒿研究协作组.1979.抗疟新药青蒿素的研究.药学通报,14 (2): 49-53.

中国科学院生物物理研究所青蒿素协作组.1979.青蒿素的晶体结构及其绝对构型.中国科学,(11):1114-1128.

Qinghaosu Antimalaria Coordinating Research Group. 1979. Antimalaria studies on qinghaosu. Chinese Medical Journal, 92 (12): 811-816.

屠呦呦.1981.抗疟新药——青蒿素.世界发明,(1): 6.

屠呦呦,倪慕云,钟裕蓉,等.1981.中药青蒿素化学成分的研究Ⅰ.药学学报,16 (5): 366-370.

屠呦呦,倪慕云,钟裕蓉,等.1981.中药青蒿的化学成分和青蒿素衍生物的研究.中药通报,6 (2): 31.

Tu Y Y, Ni M Y, Zhong Y R, et al. 1982. Studies on the constituents of artemisia annua Part Ⅱ. Planta Medica,44:143-145.

屠呦呦,尹建平,吉力,等.1985.中药青蒿化学成分的研究(Ⅲ) .中草药,16 (5): 8-9.

屠呦呦,朱启聪,沈星.1985.中药青蒿幼株的化学成分研究.中药通报,10 (9): 35-36.

屠呦呦.1986.继承发扬祖国医药学,为国争光.中西医结合杂志,(6): 174-177.

屠呦呦.1987.中药青蒿的正品研究.中药通报,12 (4): 2-5.

屠呦呦,张衍箴,张定媛,等.1988.青蒿∥中国医学科学院药物研究所等.中药志·第四册.北京: 人民卫生出版社: 441-449.

屠呦呦.2009.青蒿及青蒿素类药物.北京: 化学工业出版社.

 主要参考文献

陈敏章,贺建国.1988.中国当代医学家荟萃·第二卷.长春: 吉林科学技术出版社: 506-508.

沈斌.1996.屠呦呦∥中国科学技术协会.中国科学技术专家传略·医学编·药学卷1.北京: 人民卫生出版社:566-575.

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中国中医科学院中药研究所科技档案.内部资料.

撰写者

周兴(1951 ~ ),中国中医科学院中药研究所原党委书记、研究员。感谢中国中医科学院中药研究所袁亚男、刘盈同志为本文所付出的辛勤劳动;感谢中药研究所姜廷良、廖福龙等老专家给予的指导。

本文由刘四旦摘编自刘德培主编的《20世纪中国知名科学家学术成就概览·医学卷·药学分册》一书中周兴撰写的《屠呦呦》传文。编者在简介部分增补了最新获诺贝尔奖信息。