青蒿素歷史爭鳴：低溫提取是創新嗎？

2017-06-30 曾美怡 知識分子

青蒿

導 言：

自2015年青蒿素的研究獲諾貝爾獎以來，各種媒體傳播低溫萃取青蒿素是科技創新，用乙醚低溫提取抗瘧有效成分是科學創新還是繼承？用沸點比乙醇低的乙醚提取青蒿是來源於東晉葛洪《肘後備急方》中的「青蒿一握，以水一升漬，絞取汁，盡服之」的啟示還是其他原因？本文作者將做較為詳盡的分析。

撰文 | 曾美怡

責編 | 小 雨

《知識分子》微信公眾號：The-Intellectual

2011年拉斯克臨床醫學獎和2015年諾貝爾生理學或醫學獎授予屠呦呦個人，這是國際科學界對中國科學界在抗瘧葯青蒿素的成就給予的高度評價，是一種善意和尊重的表示。正因為這是科學獎，我們就必須用客觀和嚴謹的態度為這個獎項提供準確的信息。但是無論是拉斯克獎的獎項說明或是諾獎推薦人蘇新專和米勒撰文闡述屠呦呦的貢獻時, 均提到是由於葛洪書中的「青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之」的記載，使屠呦呦認識到傳統的水煮或高溫提取會破壞有效成分，因而重新設計提取方法，用乙醚低溫提取，從而顯著提高了有效成分的穩定性[1] [2]。

關於是低溫提取還是其他因素，黎潤紅等的文中也曾提出過疑問「到底是因為考慮到低溫還是因為考慮到親脂部位而改用乙醚提取，或是因為從《肘後備急方》中看到還是從「本草和民間」的「絞汁」得到啟發，現在無從定論」[3]，但是他們未做深入探討。

屠呦呦本人1972年3月8日在南京的彙報會上介紹這個經驗時說，「從本草及民間『絞汁』服用中得到啟發，使我們考慮到有效成分可能在親脂部分，於是改用乙醚提取，這樣動物效價才有了顯著的提高」[4]。

這裡姑且不說「絞汁」是否可以理解為有效成分在親脂部分，但是用親脂性較強的乙醚代替乙醇是一種合理的選擇，其中也並沒有提到選擇乙醚是考慮到需要低溫提取。那麼是誰提出低溫提取的說法呢？早在2009年，屠呦呦就在她的書中寫道：在她看了東晉葛洪《肘後備急方》中將青蒿「絞汁」用藥的經驗，從「青蒿一握，以水一升漬，絞取汁，盡服之」截瘧，悟及可能有忌高溫或酶解等有關的思路，改用沸點比乙醇低的乙醚提取，並將該提取物分為中性和酸性兩部分，經反覆實驗，才於1971年10月4日分離獲得的191號[5] 。在2011年的《自然醫學》上屠呦呦再次發表文章，認為從葛洪的《肘後備急方》中有關「青蒿一握，以水二升漬，絞取汁，盡服之」能緩解瘧疾的記載，想到過去採取常規的加熱提取可能破壞了有效成分，而低溫提取對保存其抗瘧有效成分是必須的[6]。從此，各種媒體也開始傳播低溫萃取青蒿素是科技創新。2015年度科技創新人物中也說屠呦呦以「創新性地使用了低溫萃取方法提煉出了可以治療瘧疾的青蒿素，這項研究是整個20世紀下半葉人類偉大的醫學創舉之一，也是中國科學家對人類的貢獻」。

首先應該指出的是，1972年3月，屠呦呦得到的並非有效成分，而是有效乙醚中性提取物，是含有多種未知成分的混合物，需要進一步從中分離出有效成分；其次，乙醇和乙醚都是分離提取天然化學成分常用的溶劑，只是乙醚的親脂性更強，沸點較低，經過酸、鹼處理也是一種常規提取流程，絕不是什麼新發現，1972年報告中的說法是可信的；其三，當時對中藥青蒿的有效成分一無所知，所謂對熱穩定或不穩定只是一種猜測，更無從談到「創新」與否。

我們從以後全國各有關單位所採取的提取用溶劑看，雲南藥物研究所用溶劑汽油（沸程88℃～120℃）常溫浸取，減壓回收（60℃～70℃），50%乙醇溶液重結晶；山東中醫藥研究所用丙酮（沸點56℃）熱提或冷浸，減壓回收；四川省中藥研究所用稀醇法常溫浸取均獲得成功；說明從青蒿中提取青蒿素可以採用的溶劑沸點範圍比較廣，減壓回收溶劑，青蒿素均未見被破壞。在諸多方法中，只有中藥研究所採取的乙醚提取法，由於乙醚的易燃易爆性質，無法大規模提取。因此青蒿素必須低溫提取的說法並無事實根據。

1973-1974年時，大家對青蒿素的化學結構知之甚少，僅知其熔點約為156℃～157℃,但不清楚其分解溫度是多少。直至1975年上半年中國科學院上海有機化學研究所在鷹爪甲素結構的啟發下，證實了青蒿素分子結構中的5個氧原子組成了除了一個內酯環之外，還含有一個過氧橋[7]。1975年11月，中國科學院生物物理研究所用X射線單晶衍射方法確證了青蒿素的初始的晶體和分子立體結構，1977年底最後成功地用X射線反常散射，確證其絕對構型 [8]；中國科學院上海藥物所又證實了這個過氧橋是青蒿素抗瘧作用的關鍵[7]，人們才開始思考，青蒿素作為一個有機過氧化合物，按照過氧化合物的特性，青蒿素應該是不穩定的，但是種種試驗表明青蒿素是一個對光和熱都比較穩定的化合物。

1979年中科院生物物理所就已經指出，「青蒿素分子中五個氧原子都集中在分子的一側, 且從O5起有一條碳氧鏈O5―C12―O4―C7―O3― C8―O1―O2―C6，其中碳氧鍵長自C12―O4起順序以短、長、短、長、短的方式連接起來, 而且都介於正常單鍵和具有部分雙鍵鍵長之間。由於每個氧原子上都有孤對電子, 可能每個氧原子上的孤對電子已不局限於氧原子上, 而發生了鍵型的變異, 這有助於使整個分子趨於穩定, 這與青蒿素分子或晶體表現出對熱和光照的穩定性相吻合。而這一條碳氧鏈, 可能就是青蒿素分子有著特定效能的部位」 [8]。

中國醫學科學院藥物研究所梁曉天認為，雖然青蒿素對強酸、強鹼不穩定，但是青蒿素在中性非極性溶劑中保持穩定的溫度至少可達150℃ [9]。中藥研究所化學室羅宣德和美國全國衛生研究所(NIH)的同行將青蒿素在不同沸點的溶劑中加熱，結果證明，青蒿素在乙醇（註：沸點78.4℃）中迴流2天，或在甲苯（註：沸點 110.5 ℃）中迴流4天，經薄層層析檢查，香蘭醛顯色，仍未見有分解產物 [10]。1985年美國華爾特里德陸軍研究院（Walter Reed Army Institute of Research）的Lin AJ，和Klayman DL等研究青蒿素分子的熱重排和熱分解，認為青蒿素純品可耐受200℃ 高溫2.5min, 如超過3.5min或在190℃ 下保持10min則會發生變化[11]。因此，青蒿素相較一般過氧化物而言，其熱穩定性是超乎尋常的。

2007年武漢大學化學與分子科學學院董家新等用絕熱量熱法測定青蒿素晶體在80K 至363K低溫範圍的克分子熱容和熱穩定性。作者以熱重量儀－紅外光譜聯用，測定青蒿素的熱變化，從差熱分析曲線觀察到青蒿素的兩步熱變化主要在420至620K之間，吸熱峰和青蒿素熔融同時發生在420K，放熱峰發生在緊接吸熱峰之後，分子重排及分解同時發生在480K[12]，顯示青蒿素在熔融時還未發生分解，但是二者的吸熱峰和放熱峰非常接近。

2014年南京理工大學高海素用差示掃描量熱儀，分別研究了青蒿素及其衍生物青蒿琥酯、蒿甲醚和雙氫青蒿素-1*在線性升溫條件下，青蒿素的熔化溫度最高，發生熱分解失控的可能性最小。在等溫條件下，青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚和雙氫青蒿素的熱分解反應屬於自加速分解，其自加速分解溫度（SADT值）分別為95℃、77℃、78℃和 58℃, 其中，雙氫青蒿素-1*的熱危險性最高[13]。

早在1970年屠呦呦的組員余亞綱及軍事醫學科學院顧國明和焦岫卿就已經證明，用北京中藥青蒿市售品的乙醇提取物，對鼠瘧的抑制率為60～80%（顧國明提供）或90%以上（焦岫卿提供）[7]。1972年3月屠呦呦報告認為，必須將乙醇提取改為乙醚提取，其實關鍵不在乙醇，也不是必須低溫提取， 關鍵在所用的藥材來源。他們所採用的北京的市售青蒿都是藥材公司從當地收購的野生植物黃花蒿，能否從這些乾燥的藥材分離到有效部位取決於藥材的植物品種、生長環境、採收時間和採集部位（花、葉、莖）。後來的研究證實，迄今為止，只有菊科植物黃花蒿（Artemisia annua L.）或大頭黃花蒿（Artemisia annua L. f macrocephala Pamp.）含有青蒿素這種抗瘧活性成分；青蒿素在植物的花含苞欲放時，在葉子中的含量最高，隨著花開後，葉子中的含量就迅速下降，此時花中的含量比葉中最高含量還要高，青蒿素積聚的高峰期也不過1周左右。

從生長地區來看，北京植物黃花蒿的青蒿素含量比南方草低得多，相對雜質就更多，分離提取的難度比較大，這就是當年中藥所面臨的問題。四川、海南生長的黃花蒿中有效成分含量高，雜質相對就較少，分離提純就比較容易。因此，北京產的黃花蒿的質量差，就是當年中藥所重複用乙醚提取青蒿素屢屢失敗的原因之一。後經測定北京產的鮮活的黃花蒿，其中的青蒿素含量大大低于海南。這些影響因素是直到1977年建立了測定方法的靈敏度達到微克/毫升，才能準確地回答這些問題。下表是作者1978年在中藥研究所生葯研究室工作時，比較影響植物黃花蒿中青蒿素含量的諸因素所得的數據。提取所用的溶劑以石油醚（60℃～90℃）最佳，含量測定方法為薄層層析-紫外分光光度法。青蒿素平均回收率為94.2%[14]**。

**作者1976年受中藥研究所領導指派，籌建青蒿質量組，1977年參與全國青蒿素含量測定和質量研究，1978年負責和技術員付桂蘭共同完成此課題，並存檔，論文則以生葯研究室名義，被收集在中藥所專輯[14]。屠呦呦在她的書中將此項研究據為己有，引用本表時未經作者同意，更未註明來源，還刪去表中的工作年份（1978）和海南島的全部數據[14]。

應該說，早期對青蒿素一無所知的情況下，屠呦呦1972年3月在會上報告試探用親脂性較高的乙醚提取代替乙醇得到中性有效部分，證實其對鼠瘧抑制有效，對以後的深入研究起到推動的作用，是應該肯定的，也是符合分離提取天然化合物的常規操作，但和葛洪的「絞汁服」並無關係，無非是表示「繼承」了古代中醫典籍的說法而已。後來卻又不斷強調提出用乙醚是低溫提取是發現青蒿素的關鍵性突破。

經過將近40年的科研實踐和對其特殊化學結構的破解，說明青蒿素和一般有機過氧化物相比，對熱比較穩定是得益於其令人嘆為觀止的特殊化學結構。因而青蒿素無需低溫提取，乙醚更不是必須的溶劑，也不適用於工業化生產。但是到2015年屠呦呦在諾貝爾獎頒獎會演講時，還認為是由於改進了用乙醚低溫提取，得到有效中性部分這個突破性發現，成為發現青蒿素的關鍵性一步[15]。這種堅持青蒿素低溫提取突破的說法就有違科學實踐，至今不予糾正，是不應該的。而蘇新專和米勒所謂低溫提取法「提高了其活性成分的穩定性」則更是無稽之談了。

*作者退休前為中國中醫科學院中藥研究所分析化學室研究員，1990年退休後，受聘于軍事醫學科學院五所任客座教授。本文涉及到的專業問題較多，作者未必都能說清楚，如有錯誤之處，歡迎指正。

本文原載《科學春秋》，《知識分子》獲授權刊發。

參考文獻:

[1] Evelyn Strauss, Lasker Foundation 2011Winners Lasker-DeBakey Clinical Medical Research Award Award Description（http://www.laskerfoundation.org/awards/2011_c_description.htm）

[2] Su XZ and Miller L.H.,The discovery of artemisinin and the Nobel Prize in Physiology or Medicine, Science China (Life Sciences) 2015 (11):1175-1179

[3]黎潤紅，饒毅、張大慶，「523任務」與青蒿素髮現的歷史探究,自然辯證法通訊，2013 , 35 (1):107-121

[4]中醫研究院瘧疾防治小組，用毛澤東思想指導發掘抗瘧中草藥工作。1972年3月4日

[5]屠呦呦, 青蒿素及青蒿素類藥物[M].北京: 北京化學工業出版社, 2009.31～34頁

[6] Youyou Tu, The discovery of artemisinin(qinghaosu) and gifts from Chinese medicine，Nature Medicine，17(10):xix-xxii，October 2011

[7]李國橋,李英，李澤琳，曾美怡等，青蒿素類抗瘧葯[M]，北京:科學出版社, 2015

[8]中國科學院生物物理研究所青蒿素協作組，青蒿素的晶體結構及其絕對構型，中國科學，1979（11）：1114-1128

[9] Zeng,M, Li LN,Chen SF,Li CJ, Liang XT, Chen M, Clardy J. .Tetrahedron, 1983, 39:2941

[10]Luo XD,Herman J.C.Yeh, and Arnold Brossi .Heterocycles, 23(4):881-887 1985

[11] Lin AJ, Klayman DL,and Hoch JM, Thermal rearrangement and decomposition products of artemisinin, J Org Chem 1985,50:4504-4508

[12]Dong JX, DanYM,TanZC,Zhao JN,Liu Y, Low temperature molar heat capacities and thermal stability of crystalline artemisinin ,Thermochimica Acta, 463 2-5(2007)

[13]高海素，青蒿素及其衍生物的熱穩定性研究，2014碩士論文

[14] 中藥研究所生葯室，中藥青蒿的青蒿素含量測定方法的研究（二），中醫研究院中藥研究所，青蒿抗瘧研究（1971-1978）：122～130

[15] Youyou Tu Nobel Lecture (http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2015/tu-lecture.html

製版編輯：飲水食糧丨

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